Brevet FR2512289A1 — publié le 19830304

La présente invention est relative à un onduleur à transistors comportant une paire de transistors de puissance commandés en alternance ("push-pull") par un interrupteur électronique et attaquant un trans for- mateur de sortie à prise médiane au primaire et dont le secondaire est connecté à la charge. Des onduleurs de ce genre sont déjà connus, mis ils offrent de nombreux désavantages, principalement une forte consommation d'énergie à vide, faute d'une adaptation automatique du courant d'attaque à la consommation de la charge. De plus, les dispositifs connus entraient une dissipation de chaleur importante au repos et ont un mauvais rendement sous faible charge. Enfin, ils exigent des éléments annexes coûteux pour la commutation forcée, avec une self-induction parasite (thyristors). Les éléments de commutation semi-conducteurs doivent également être appariés pour un bon rendement. L'invention a donc pour but d'éliminer ou tout au moins de réduire au minimum les inconvénients dépeints ci-dessus, en offrant un onduleur à transistors permettant avec un montage simple et sans composants cou- teux ou critiques, une adaptation automatique du courant d'attaque à la charge et sa consommation, ainsi qu'une auto-régulation sommaire de la tension de sortie, avec pour résultat une très faible consommation au repos. Dans ce but, suivant l'invention, dans un onduleur du type défini dans l'introduction, un transformateur d'intensité est connecté en série avec la charge au secondaire du transformateur de sortie précité, ce transformateur d'intensité étant connecté par son secondaire à un redresseur assurant l'alimentation du circuit de base des transistors de puissance. On dispose donc avec ce montage suivant l'invention, d'un dispositif simple, économique, sans éléments spéciaux et critiques, permettant un échauffement réduit des éléments de puissance au repos et un rendement élevé meme sous faible charge. Dans une variante avantageuse de l'invention, une résistance assurant un faible débit permanent est connectée entre un des piles de sortie du redresseur et la prise médiane du primaire du transformateur de sortie, afin de permettre le démarrage du montage sans alimentation auxiliaire. De préférence, la commande des interrupteurs électroniques des transistors de puissance a lieu au moyen d'un multivibrateur produisant des signaux carrés, avantageusement à rapport cyclique réduit. Pour permettre la réalisation d'un convertisseur continu/continu, le courant alternatif produit à la sortie de l'onduleur est à haute fréquence et appliqué à un redresseur. D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels La Figure 1 est un schéma d'un onduleur à transistors suivant l'invention. La Figure 2 est un schéma d'un variante de l'onduleur, dans le cas d'unecharge inductive. L'onduleur à transistors suivant l'invention, tel qu'illustré à la Figure 1, comprend deux transistors de puissance 1,2 qui ne doivent pas être spécialement appariés, dont les bases sont commandées par des interrupteurs électroniques 3, les émetteurs sont connectés à la masse et les collecteurs sont connectés aux bornes du primaire d'un transformateur de sortie 7. Ce primaire est doté d'une prise médiane 8 recevant la tension d'alimentation en courant continu Vcc à convertir, l'autre pôle de cette tension étant mis à la masse du montage. Le secondaire du transformateur de sortie est connecté à la charge 9 à alimenter en courant ondulé. Dans la connexion vers la charge 9, on connecte suivant l'invention , un transformateur d'intensité 10 dont le secondaire ll est connecté à un redresseur 12. La sortie de ce dernier attaque une cellule à résistance 5 et capacité 6 pour le filtrage de la tension continue produite. Le p81e négatif de cette tension continue est mis à la masse du montage, tandis que le polie positif est connecté aux interrupteurs électroniques 3 pour en assurer l'alimentation et donc celle du circuit de base des transistors de puissance 1,2. Une résistance 4 est connectée entre le pôle positif du redresseur 12 et la prise médiane 8 du transformateur de sortie 7, dans un but défini ci-après. La valeur de la résistance 4 est calculée de façon à provoquer un débit très réduit, afin d'éviter les pertes. Le fonctionnement du montage tel que décrit ci-avant est le suivant En supposant qu'une tension de sortie est présente au secondaire du transformateur 7, un courant I circule dans le circuit formé par ce secondaire, le primaire du transformateur d'intensité 10 et la charge 9. Le courant se retrouve, en tenant compte du rendement et du rapport de transformation du transformateur 10, sous la forme d'un courant I' appliqué au redresseur 12. I1 parcourt, par l'intermédiaire d'un interrupteur électronique 3, la base du transistor 1 ou 2 conducteur à ce moment, ou charge le condensateur quand les deux transistors 1,2 sont bloqués. Etant donné la nature de la charge offerte par l'intervalle émetteur-base des transistors de puissance 1,2, la tension U aux bornes de la résistance 5 reste faible (de l'ordre de quelques volts), alors que le courant I'' peut être fort, en fonction des caractéristiques du transformateur d'intensité 11. Les interrupteurs électroniques 3 sont com- mandés par des moyens appropriés 13, qui peuvent par exemple être constitués par un multivibrateur produisant des signaux carrés. De préférence, il s'agit de signaux carrés à rapport cyclique réduit et il est possible de faire varier de rapport afin de pouvoir régler la valeur efficace du-courant ondulé. Si l'on désire réaliser un convertisseur continu/continu , l'onduleur peut fonctionner à haute fréquence et la charge 9 est alors constituée par un redresseur--alimentant en courant continu la charge effective. On a présente à la Figure 2 une variante du montage suivant l'invention, destinée au cas où la charge 9 est de nature inductive, ce qui peut entraîner des impulsions de surtension très dangereuses pour les transistors de puissance 1,2. Pour protéger ces derniers, on a donc prévu des diodes de protection 14 connectées en anti-parallèle avec l'intervalle émetteur-collecteur de ces transistors de puissance 1,2.. A l'exception de la présence des diodes 14, le montage est identique à celui de la figure 1 et son fonstionnement ne diffère pas non plus de celui-ci. Il convient de remarquer que le circuit suivant l'invention, aussi bien dans sa forme de réalisa tion de la Figure 1 que dans celle de la Figure 2, n'offre que des pertes minimes car il ne comporte aucun élément résistif à forte dissipation de puissance. Seule la résistance 4 doit être prévue pour permettre la mise en route du montage, mais dans le cas où une remise en route automatique et instantanée après tout arret n'est pas jugée indispensable, mais où au contraire les problèmes d'économie d'énergie dont essentiels, il est possible de mettre cette résistance 4 hors circuit soit automatiquement, soit manuellement après le démarrage du montage. Après un arrêt, il suffit alors de remettre la résistance 4 en circuit pour pouvoir effectuer la mise en route du montage suivant l'invention. De toute manière, le courant qui parcourt la résistance 4 est de faible valeur et peut en général être négligé. Les seules autres pertes apparaissent dans le redresseur, les bases des transistors de puissance et la résistance 5 de la cellule de filtrage, servant à limiter l'augmentation de tension lors du blocage simultané des transistors de puissance. Toutefois suivant l'invention, ces pertes sont particulièrement réduites, car le courant traversant le montage est fonction de la puissance demandée par la charge. Le montage suivant l'invention est donc particulièrement économique lors de périodes de marche à vide ou à puissance réduite, à la diffèrence des montages connus provoquant une forte consommation indépendamment de la puissance demandée par la charge. Bien que ceci n'ait pas été représenté aux dessins, il est encore possible de prévoir un transformateur de tension en parallèle avec le secondaire du transformateur de sortie 7 et d'utiliser la tension pro duite au secondaire de ce transformateur de tension pour compléter la récupération d'énergie au profit du circuit de base des transistors de puissance et des étages précédant ceux-ci. Un court-circuit en sortie étant dangereux pour le montage, il convient de prévoir des moyens de protection convenables, tels qu'une détection de surcharge en courant (également basée sur la présence d'un transformateur d'intensité). Une lampe à incandescence peut étre utilisée pour la régulation de tension. En effet, l'intensité lumineuse émise est fonction de la puissance dissipée dans le filament et qui est fonction à son tour (d'une façon non linéaire) de la tension efficace à ses bornes. On peut donc détecter cette intensité lumineuse pour en dériver un signal de régulation. I1 doit étre entenduque la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalistation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS 1. Onduleur à transistors, comportant une paire de transistors de puissance (1,2), commandés en alternance par un interrupteur électronique (3) et attaquant un transformateur de sortie (7), à prise médiane (8) au primaire, caractérisé en ce qu'un transformateur d'intensité (10), est connecté en série avec la charge au secondaire du transformateur de sortie (7) précité, ce transformateur d'intensité (10) étant connecté par son secondaire (11) à un redresseur (12) assurant l'alimentation du circuit de-base des transistors de puissance -(1,2) et des étages précédents. 2. Onduleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une résistance (4), assurant un faible débit permanent est connectée entre un des piles de sortie du redresseur (12), et la prise médiane (8) du primaire du transformateur de sortie (7), afin de permettre le démarrage du montage. 3. Onduleur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la résistance de demarrage (4) est mise hors-circuit après la mise en route du montage. 4. Onduleur suivant l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que la commande des interrupteurs électroniques (3) des transistors de puissance (1,2) a lieu au moyen d'un multivibrateur (13) produisant des signaux carrés. 5. Onduleur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les signaux carrés produits ont un rapport cyclique réduit. 6. Onduleur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens de commande sont prévus pour permettre une variation du rapport cyclique afin de régler la valeur efficace. 7. Onduleur suivant llune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le courant alternatif produit en sortie est à haute fréquence et est redressé, pour permettre ainsi la réalisation d'un convertisseur courant continu/courant continu. 8. Onduleur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que des moyens de sécurité sont prévus pour limiter le débit en cas de court-circuit à la sortie. 9. Onduleur suivant la-revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de sécurité sont constitués par un transformateur d'intensité connecté de la même manière que le transformateur d'intensité (10) servant à la récupération d'alimentation, mais débitant sur une résistance connectée en parallèle avec un condensateur aux bornes duquel peut être détectée une valeur de tension excessive. 10. Onduleur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9,caractérisé en ce que des moyens de régulation sont prévus, constitués en partie par une lampe à incandescence excitant une cellule photoconductri ce ou analogue, ladite lampe étant connectée en parallèle par l'intermédiaire du transformateur de tension (7). 11. Onduleur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que,dans le cas d'une charge inductive, des diodes de protection (14) sont connectées en anti-parallèle avec les intervalles émetteur-collecteur des transistors de puissance (1,2). 12. Onduleur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'un transformateur de tension est connecté en parallèle avec le transformateur de sortie (7), afin de contribuer à la récupération d'alimentation assurée par le transformateur d'intensité (10), pour les transistors de puissance (1,2) ainsi que les étages d'attaque de ceux-ci et les moyens de régulation éventuels.