Brevet FR2528256A1 — publié le 19831209

La présente invention concerne un convertisseur d'alimentation à découpage présentant une très faible réjection sur la source. Une structure très connue permet d'obtenir une très faible réjection, mais avec un régime essentiellement élévateur de tension, ce qui peut présenter des inconvénients dans certaines applications particulières. On connait également une structure plus complexe permettant de ramener la tension de sortie au niveau de la tension d'entrée, mais avec une polarité qui est systématiquement inversée par rapport à la polarité d'entrée, ce qui peut également présenter des inconvénients. La présente invention a donc pour but principal de remédier à tous ces inconvénients et, pour ce faire, elle a pour objet un convertisseur d'ali- mentation à découpage qui se caractérise essentiellement en ce qu'il comprend, entre les deux bornes d'une source d'alimentation continue, d'une part une inductance primaire en série avec un organe de découpage et d'autre part un pont diviseur capacitif constitué de deux condensateurs, une inductance secon- daire couplée à l'inductance primaire et dont la valeur par rapport à celle-ci est fonction du rapport du pont diviseur capacitif, cette inductance secondaire étant connectée entre la borne de sortie du pont diviseur et la charge par l'in- termédiaire d'une diode en série et d'un condensateur en parallèle, et un dispositif d'équilibrage pour rééquilibrer en permanence ledit pont diviseur. Ainsi qu'on le verra plus clairement par la suite, une telle struc- ture permet d'ajuster facilement le rapport du transfert de tension en jouant sur le rapport du pont diviseur, tout en conservant la caractéristique d'un courant d'entrée quasi continu Généralement, on désire obtenir une tension de sortie égale ou inférieure à la tension d'entrée et dans ce cas, le rapport du pont diviseur est simplement égal ou inférieur à un demi De plus, la polarité de la tension de sortie est identique à celle de la tension d'entrée, le ON étant cmnun. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, le dispo- sitif d'équilibrage comprend deux diodes montées tête-bêche en parallèle sur le circuit de sortie, et une inductance de stockage d'énergie connectée entre le point de jonction des deux diodes et la borne de sortie du pont divi- seur capacitif. Selon une variante de réalisation de l'invention, applicable notam- ment à l'alimentation d'un circuit d'utilisation non linéaire en régime de démarrage, la diode série et la diode d'équilibrage connectée entre la sortie de l'inductance secondaire et l'inductance de stockage d'énergie sont remplacées par des thyristors, tandis que l'entrée de l'inductance secondaire est reliée aux deux extrémités du pont diviseur capacitif respectivement par une diode et par un autre thyristor, la commutation sélective de ces différents thyristors permettant de passer successivement d'un régime abaisseur de tension à un régime en pont dynamique non élévateur de tension, puis à un régime élévateur de tension. Plusieurs formes d'exécution de l'invention sont décrites ci-après à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est un schéma partiellement synoptique d'un convertis- seur d'alimentation à découpage conforme à l'invention; la figure 2 est un schéma illustrant le fonctionnement de ce con- vertisseur dans sa première phase; la figure 3 est un schéma illustrant le fonctionnement de ce con- vertisseur dans sa deuxième phase; la figure 4 est un schéma partiellement synoptique d'une variante de réalisation de l'invention pouvant fonctionner suivant différents régimes; et la figure 5 est un diagramme illustrant les différents régimes de fonctionnement de cette variante de réalisation. Le convertisseur représenté sur la figure 1 comprend tout d'abord, entre les deux bornes OV et + d'une source d'alimentation continue, une induc- tance primaire Lp connectée en série avec un organe de découpage constitué ici par un transistor Tr recevant sur sa base des impulsions de commande provenant d'un régulateur de découpage K Entre les deux bornes de la source d'alimenta- tion est également connecté un pont diviseur capacitif constitué de deux con- densateurs C 1 et C 2 Une inductance secondaire Ls est par ailleurs couplée à l'inductance primaire Lp Cette inductance secondaire est connectée entre le point milieu B du pont diviseur capacitif et la charge P par l'intermédiaire d'une diode en série D 1 et d'un condensateuren parallèle C 3. Dans une première phase de fonctionnement, lorsque le transistor Tr est saturé, le courant d'entrée IE est utilisé principalement pour stocker l'énergie dans l'inductance primaire Lp, comme illustré par la figure 2. Cette technique de stockage d'énergie en régime impulsionnei, dans un noyau magnétique, a fait l'objet d'une description dans la demande de brevet No 82 04775 déposée le 19 Mars 1982, au nom de la société demanderesse. Dans une deuxième phase de fonctionnment, correspondant au blocage du transistor Tr, le courant d'entrée IE passant par C 1 vient s'ajouter au courant issu de C 2 et passe ensuite dans l'inductance secondaire Ls, canne illustré par la figure 3 Le sens de raccordement de L est tel que la tension à ses bornes vient s'ajouter à la tension VB au point milieu B du pont diviseur capacitif C 1-C 2 De plus, la valeur de cette inductance est fonction du rapport du pont diviseur. Généralement, on souhaite obtenir dans un fonctionnement naninal, une tension de sortie V voisine de la tension d'entrée VE C 1 étant égl à C 2, le rapport du pont diviseur est égal à un demi et la tension disponible aux bornes de l'inductance secondaire Ls doit alors être égale à VE/2 ou VS/2 Ls doit donc avoir deux fois moins de spires que Lp, de sorte que l'on a alors L = 4 Ls. ? 528256 Dans ces conditions, la tension de sortie V est égale à la tension d'entrée V et de même polarité, le OV constituant une ligne commune E pour un tel convertisseur. On notera cependant qu'au cours de la deuxième phase de fonctionnement, le condensateur C 1 est traversé par le courant d'entrée IE' ce qui a pour consé- quence d'augmenter la tension à ses bornes, tandis que simultanément, le con- densateur C 2, qui n'est soumis à aucun apport d'énergie extérieure, se décharge progressivement en fournissant un courant égal à IE. La condition initiale V = V 12 ne pourrait donc plus se maintenir B E'2 N oratdn lss anei en l'absence d'intervention et il est par conséquent nécessaire de prévoir un dispositif d'équilibrage tel que E pour rééquilibrer en permanence le pont divi- seur capacitif L'action de ce dispositif consiste à transférer la charge excé- dentaire de C 1 sur C 2. Dans l'exemple particulier décrit ici, il s'agit en fait d'un con- vertisseur abaisseur de tension comprenant deux diodes D 2 et D 3, montées tête- bêche entre la sortie A de l'inductance secondaire Ls et le OV, et une induc- tance Le-connectée entre le point milieu B du pont diviseur et le point de jonc- tion des deux diodes La diode D 2 garantit la commutation de l'inductance Le seulement lorsque le point A est positif, tandis que la diode D 3, dite de roue libre, récupère l'énergie stockée dans Le et le condensateur de filtrage cons- titué par l'équivalent de C 1 et C 2. L'énergie de ce dispositif d'équilibrage E est la conséquence des deux phases de fonctionnement précédemment décrites, de sorte que le taux de fluctuation du courant d'entrée n'en est pas affecté et se trouve ainsi unifor- mément réparti. Dans certaines applications particulières, notamment l'alimentation d'un circuit d'utilisation non linéaire en régime de démarrage, par exemple un moteur ou une lampe à décharge, il peut être utile de pouvoir passer d'une con- figuration abaisseuse de tension à faible débit, à la configuration non éléva- trice de tension, puis ensuite à une configuration élévatrice de tension, et ce à l'aide d'un nombre limité d'organes. Le schéma de la figure 4 représente précisément un tel convertisseur permettant d'obtenir facilement plusieurs régimes de fonctionnement. Dans cette variante de réalisation, la diode série D 1 se trouve ramenée en amont de l'inductance secondaire Ls et elle est remplacée par un thyristor Th 1 De même, la diode D 2 du dispositif d'équilibrage est remplacée par un thyristor Th Enfin, l'entrée de l'inductance secondaire Là est reliée au OV de la source d'alimentation par une diode D 4 et au p 6 le positif par un autre thyristor Th 3. Lorsque les trois thyristors Th 1, Th 2 et Th 3 sont bloqués, la diode D 4 permet la restitution à partir du potentiel OV On obtient alors un régime abaisseur de tension, comme illustré par la courbe de la figure 5 qui représente le rapport de transfert V S/VE en fonction du rapport cyclique e/T, T étant la période et Zla durée de conduction du transistor de découpage Tr. Lorsque les thyristors Th 1 et Th 2 sont rendus conducteurs et que le thyristor Th 3 est bloqué, la diode D 4 est également automatiquement bloquée On retrouve alors la configuration en pont dynamique de la figure 1 qui correspond à un régime non élévateur de tension, comme illustré par la courbe O de la figure 5. Ehfin, lorsque le thyristor Th 3 est rendu coducteur et que les thyristors Th 1 et Th 2 sont bloqués, la configuration élévatrice de tension est satisfaite et répond alors à la courbe Q de la figure 5. On voit donc en définitive que le convertisseur d'alimentation à découpage selon l'invention présente une très grande souplesse d'utilisation due à la dynamique excellente que lui procure le passage par étapes d'une configuration à la suivante. REVENDICATIONS 1 Convertisseur d'alimentation à découpage, caractérisé en ce qu'il comprend, entre les deux bornes d'une source d'alimentation continue, d'une part une inductance primaire (Lp) en série avec un organe de découpage (Tr) et d'autre part un pont diviseur capacitif constitué de deux condensateurs (C 1,C 2), une inductance secondaire (Ls) couplée à l'inductance primaire (Lp) et dont la valeur par rapport à celle-ci est fonction du rapport du pont diviseur capaci- tif (C 1-C 2), cette inductance secondaire (Ls) étant connectée entre la borne de sortie du pont diviseur et la charge (P) par l'intermédiaire d'unediode en série (D 1) et d'un condensateur en parallèle (C 3), et un dispositif d'équilibrage (E) pour rééquilibrer en permanence ledit pont diviseur. 2 Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'équilibrage (E) comprend deux diodes (D 2, D 3) montées têtebeche en parallèle sur le circuit de sortie, et une inductance de stockage d'énergie (Le) connectée entre le point de jonction des deux diodes (D 2, D 3) et la borne de sortie du pont diviseur capacitif (C 1-C 2). 3 Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la diode série (D 1) et la diode d'équilibrage (D 2) connectée entre la sortie de l'inductance secondaire (L) et l'inductance de stockage d'énergie (Le) sont remplacées par des thyristors (Th 1, Th 2), tandis que l'entrée de l'inductance secondaire (LS) est reliée aux deux extrémités du pont diviseur capacitif (C 1-C 2) respectivement par une diode (D 4) et par un autre thyristor (Th 3), la commutation sélective de ces différents thyristors (Th 1, Th 2, Th 3) permettant de passer successivement d'un régime abaisseur de tension à un région en pont dynamique non élévateur de tension, puis à un régime élévateur de tension.