Brevet FR2545294A1 — publié le 19841102

CIRCUITS DE COMMANDE D'AMORCAGE D'ONDULEUR AVEC COMPENSATION D'ERREURS La présente invention se rapporte aux onduleurs électriques, et concerne plus particulièrement un circuit destiné à commander la commutation de phase d'onduleurs modulés en durée d'impulsions. Les onduleurs continus-alternatifs modulés en durée d'impulsions délivrent des sorties à peu près sinusoïdales en commandant des commutateurs de phase à une fréquence supérieure à la fréquence sinusoïdale fondamentale de la sortie en courant alternatif Dans la conception des onduleurs modulés en durée d'impulsions, il est souhaitable de commuter l'étage de puissance de manière à réduire certaines harmoniques à de faibles valeurs afin de faciliter la charge de filtrage du courant de sortie et d'obtenir une tension sinusoïdale. Des erreurs relativement réduites des temps de commuta- tion peuvent produire des tensions harmoniques plusieurs fois supérieures à celles voulues Il en résulte géné- ralement que le circuit de filtrage est considérablement plus important qu'il serait théoriquement nécessaire pour supprimer ces harmoniques. Par exemple, dans un inverseur à transistors, il est nécessaire d'assurer une condition de non- chevauchement pour éviter des courts circuits pendant la commutation Cela veut dire que pour commuter un point de sortie d'une polarité à l'autre, il faut un retard après le blocage du transistor conducteur pour être sûr qu'il ne conduise plus quand l'autre transistor est débloqué Bien souvent, les conditions de charge sont telles que le second transistor n'est pas du tout conducteur car le courant de charge est dérivé par une diode de commutation, en raccourcissant ainsi le temps de commutation par rapport au temps de blocage du transistor Le temps de commutation du transistor est très variable en fonction du courant de charge instan- tané ainsi que des caractéristiques de blocage du transis- tor Par conséquent, le programme de commutation prescrit peut ne pas être rempli, ce dont il résulte des harmoniques imprévisibles. L'invention a pour but de réduire au minirium la distorsion de sortie due aux erreurs de commutation en prévoyant le temps de commutation requis pour chaque point de commutation et en utilisant cette prévision pour régler l'instant de départ de chaque période de commutation, de manière que la commutation soit programmée. En général, une forme d'ondes de références qui doit être reproduite à la sortie de phase est disponible pour le circuit de commande de commutation Les impulsions dans l'onde de référence doivent être reproduites à la sortie de phase après un intervalle de temps prédéterminé Ce programme de commutation retardé est exécuté en mesurant le temps de commutation d'une phase pour une impulsion donnée dans un cycle de sortie et en soustrayant le temps de commutation mesuré de l'intervalle de temps prédéterminé pour obtenir un temps de retard La période de commutation pour l'impulsion correspondante dans le cycle de sortie suivant, est alors déclenchée en un point égal au retard, obtenu au sycle précédent, suivant l'impulsion de forme d'ondes de références appropriée. Ce processus est répété pour chaque impulsion de sortie de phase En fonctionnement permanent, il est raisonnable de penser que les périodes de commutation sont de même longueur à des points de commutation correspondants dans chaque cycle suivant Par conséquent, la phase est commutée après un intervalle de temps prédéterminé suivant les impulsions de l'onde de référence. Un circuit qui remplit cette fonction de commutation retardée de phase est décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 355 073 déposée Le 5 mars 1982 au nom de la demanderesse Cette demande de brevet décrit un circuit et un procédé pour éliminer toute distorsion dans les onduleurs provoquées par les variations de retard de commutation des phases. Bien que des essais du circuit décrit dans cette demande de brevet aient confirmé le fonctionnement tel que décrit, des instabilités aléatoires se produisent, entraînant des perturbations momentanées de la tension de sortie de l'onduleur. L'objet essentiel de l'invention est d'obtenir une plus grande stabilité du fonctionnement. D'une façon générale, l'invention concerne un circuit de commande d'amorçage de commutateur de phase destiné à commander un onduleur modulé en durée d'impulsions en fonction d'un signal d'impulsions de référence, ce circuit de commande comprenant un circuit conformateur qui produit un signal de-commande avec -des points de transition pour déclencher une séquence de commutation de phase dans londuleur, un premier compteur qui compte un certain nombre d'impulsions de tension d'horloge apparaissant entre un point de transition déterminé dudit signal de commande et la commutation du commutateur de phase associée, un circuit de mémoire qui mémorise le nombre des impulsions de tension d'horloge comptées par le premier compteur pendant chaque séquence de commutation de phase, un second compteur préréglable pour démarrer le compteur à un nombre égal au nombre des impulsions de tension d'horloge précédemment comptées par le premier compteur pendant la séquence de commuta- tions précédentes du commutateur de phase associée, et connectées pour compter les impulsions de tension qui apparaissent après un point de transition prédéterminé du signal de référence jusqu'à ce qu'un comptage prédéterminé soit atteint, de manière que le second compteur produise une impulsion de sortie de retenue qui entratne que le circuit conformateur produise un second point de transition dans le signal de commande. Grâce à une temporisation appropriée de la fonction de commutation, des onduleurs polyphasés peuvent être commandés par un seul circuit de commande. Le dispositif qui mémorise le nombre des impulsions de tension comptées par le premier compteur peut être un registre à décalage qui mémorise le comptage du premier compteur pendant chaque séquence de commutation et qui délivre un comptage mémorisé approprié au compteur préréglable à un instant approprié pour produire la forme d'ondes voulue à la sortie de l'onduleur. Le circuit selon l'invention commande le fonctionnement d'un commutateur de phase dans un onduleur modulé en durée d'impulsions selon un procédé consistant à compter une série d'impulsions d'horloge qui apparais- sent entre un point de transition déterminé d'un signal de commande et le fonctionnement réel du commutateur de phase en réponse au point de transition avec un premier compteur; à prérégler un second compteur à un comptage égal au nombre des impulsions d'horloge comptées par le premier compteur; à faire fonctionner le second compteur pour compter les impulsions d'horloge, en commençant au comptage préréglé lorsqu'un point de transition prédéterminé parait dans un signal de référence; et à faire apparaître un second point de transition dans le signal de commande quand le second compteur a un comptage prédéterminé, déclenchant ainsi une séquence de commutation du commutateur de phase D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une série de formes d'ondes illustrant le fonctionnement d'un circuit de commande d'amorçage d'onduleur selon l'invention, pendant un cycle transitoire de l'onduleur, La figure 2 est une série de formes d'ondes illustrant le fonctionnement d'un circuit de commande d'amorçage d'onduleurs selon l'invention, pour un cycle de sortie d'onduleurs suivant le cycle de sortie représenté par la figure 1, et La figure 3 est un schéma d'un circuit de commande d'amorçage d'onduleur réalisé selon un mode de réalisation de l'invention. En se référant aux dessins, les formes d'ondes de la figure 1 illustrent le procédé et l'appareil de commande d'amorçage d'inverseur selon l'invention pour une partie d'un seul cycle de sortie transitoire d'un onduleur modulé en durée d'impulsions Sur la figure 1, la forme d'ondes A montre une onde pulsée P qui fait partie d'un signal de référence devant être reproduit à la sortie d'une phase d'onduleur Le signal de réfé- rence peut âtre produit dans le circuit de commande d'amorçage d 1 onduleur ou peut être reçu d'une source extérieure Un intervalle de temps fixe T est représenté par rapport à chaque point de transition de l'onde pulsée P L'invention a pour but d'effectuer la commutation de la phase de l'onduleur à la fin de chaque période T, de manière que la sortie de l'onduleur reproduise le signal de référence Pour maintenir une fonction correcte de commande d'amorçage, l'intervalle de temps T doit être au moins aussi long que le temps maximal de commutation de la phase. La forme d'ondes B de la figure 1 représente un nombre cumulé d'impulsions d'horloge comptées par un compteur pré-réglable contenant un comptage pré-réglé, par exemple Cl, C 2 et C 3 et étant autorisé à compter après un point de transition de l'onde pulsée P. Le compteur pré- réglable comporte un comptage maximal M 4 C qui correspond au temps de retard voulu T. Sur la figure 1, la forme d'ondes C représente un signal de commande CN qui réagit au comptage du compteur pré-réglable en produisant un point de transition chaque fois que le comptage maximal MC est atteint Ces points de transition sont utilisés pour déclencher la séquence de commutation de phase de l'onduleur. En fonctionnement permanent, il est raisonnable de penser que les temps de commutation ont la même valeur aux points de commutation correspondant de chaque cycle suivant Par conséquent, si une séquence de commutation est déclenchée après un retard TS qui est équivalent à la différence entre un intervalle de temps fixe T et le temps de commutation au cycle précédent, la commutation réelle se produit après l'intervalle de temps T complet. Les autres formes d'ondes de la figure 1 illustrent les moyens appliqués pour atteindre ce résultat La forme d'ondes D montre le signal de sortie OP qui représente la tension d'une phase de sortie de l'inverseur Des retàrds de commutation DA, D 2 et D 3 sont indiqués après chaque transition du signal de commande DN La forme d'ondes E de la figure 1 est le signal de commande TC et représente un comptage cumulé dans un compteur de mesure de temps qui mesure le temps de commutation de la phase Cette fonction est remplie par un second compteur qui commence à compter des impulsions de tension d'horloge à'l'apparition d'un point de transition du signal de commande CN Le comptage s'arrête quand la phase est commutée, laissant un comptage équivalent au temps de retard TS devant être utilisé pour commander une impulsion pendant le cycle de sortie suivant Ce comptage est ensuite mémorisé dans une mémoire, comme une mémoire à accès direct ou un registre à décalage. La forme d'ondes F de la figure 1 représente une onde pulsée W par laquelle des données provenant du second compteur et nécessaires au cycle de comptage suivant, sont introduites dans l'élément de mémoire qui fait progresser et transfère les données appropriées à l'opération suivante de commutation vers le compteur préréglable Le nombre des étages de la mémoire, qui peut être un registre à décalage, est égal au nombre des opérations de commutation de phase dans un cycle de sortie d'onduleur La forme d'onde G de la figure 1 représente une onde pulsée R qui ramène au repos le second compteur après que ses données ont été introduites dans le registre à décalage. Les formes d'ondes de la figure 2 illustrent le fonctionnement de l'invention pour un cycle de sortie d'onduleur suivant le cycle de sortie transitoire représenté par les formes d'ondes de la figure 1. 7 r Pendant ce cycle, les points de transition du signal de commande CN sont retardés d'un temps égal au temps nécessaire pour que le compteur pré-réglable compte à partir de sa valeur pré-réglée jusqu'à son comptage maximal, après un point de transition dans l'onde pulsée P de forme d'ondes de référence En fonctionne- ment permanent, le temps de fonctionnement d'un commuta- teur pour une impulsion donnée dans un cycle est égal au temps de fonctionnement dgun commutateur pour l'impulsion correspondante du cycle précédent Par conséquent, le signal de sortie d'onduleur P change d'état après un retard Dl suivant la première transition du signal de commande CN Il en résulte une opération de commutation à un intervalle de temps fixe T après un point de transition de l'onde pulsée P du signal de référence. Dans des conditions de fonctionnement permanent, le processus se poursuit pour chaque impulsion du cycle de sortie, avec la somme du retard du signal de commande et du retard de commutation toujours égale à l'inter- valle de temps fixe T L'examen des formes d'ondes de la figure 1 montre que le signal de sortie OP ne change pas d'état après un intervalle de temps fixe T suivant un point de transition dans l'onde pulsée de référence P Cela illustre la réponse du circuit lorsqu'une condition transitoire apparait juste avant le cycle d'échantillonnage observé Au retour à l'état permanent, le programme de commutation est satisfait. La figure 3 est un schéma de circuit de commande d'amorçage selon un mode de réalisation de l'invention. Pour simplifier, un seul élément de commutation de phase 10 est représenté Mais il est bien entendu que l'invention peut être appliquée à des onduleurs poly- phasés en utilisant des circuits d'attaque connus et appropriés Les bornes CT sont destinées à recevoir un signal d'horloge consistant en une série d'impulsions de tension La configuration de commutations de sortie voulues représentée par la forme d'ondes de référence T est développée dans un générateur conformateur 12 en réponse au signal d'impulsions d'horloge Un circuit bistable Zl qui peut être du type T, comme représenté, sert à produire un signal de commande CN avec des points de transition tels que représentés sur les figures 1 et 2 Un circuit d'attaque 14 est réalisé selon une techno- logie connue et il sert à commander la phase 10 en fonction du signal de commande CN Un comparateur Z 2 compare la tension apparaissant au point N avec un signal de tension prélevé au filtre 16 pour produire le signal de sortie OP. La combinaison du circuit bistable Z 3, de l'inverseur Z 4 et de la porte ET Z 5 assure que seules des impulsions d'horloge complètes sont appliquées au premier compteur Z 6 Le circuit bistable Z 3 émet un signal d'autorisation permettant que des impulsions d'horloge soient reçues par compteur Z 6 après un point de transition du signal de commande CN Un changement du signal à l'entrée du circuit bistable T Z 3 est transmis à la sortie Q, seulement si l'impulsion d'horloge passe au niveau bas, en raison du signal d'horloge inversé, à l'entrée C du circuit bistable. Si des signaux en D et en Q sont au niveau bas et si le signal en D passe au niveau haut pendant que l'impul- sion d'horloge est au niveau haut, l'entrée du compteur reste au niveau bas jusqu'à ce que Q passe au niveau haut par une transition négative du signal d'horloge. Ainsi, le compteur Z 6 ne peut recevoir qu'une première impulsion d'horloge complète De même si D et Q sont au niveau haut et si D passe au niveau bas dans une impulsion d'horloge au niveau haut, il ne peut y avoir aucun changement de Q jusqu'à ce que l'impulsion d'horloge disparaisse, assurant également une impulsion d'horloge complète au compteur Bien que cela puisse entraîner une erreur d'une période entière d'une impulsion d'horloge dans le temps de commutation enregistré de la phase, cela est considéré comme négligeable compara- tivement à une mauvaise lecture possible par le compteur s'il avait à compter des impulsions d'horloge incom- plètes Ainsi, l'adjonction du circuit bistable Z 3 assure une transmission correcte de données au compteur Z 6 et élimine, toute source possible de fonctionnement erratique. Quand la forme d'ondes de référence P, le signal de commande CN et le signal de sortie OP se correspondent tous, le circuit est au repos Quand la forme d'ondes P change d'état, entraînant un désac- cord avec le signal de commande CN, la sortie de la porte OU-EXCLUSIF Z 7 passe au niveau haut, permettant à la porte ET Z 8 de transmettre les impulsions d'horloge vers le compteur préréglable Z 9 Ce dernier compte jusqu'à une valeur prédéterminée, qui peut être sa capacité totale, de sorte que son signal de sortie de retenue passe au niveau bas A l'impulsion d'horloge suivante, toutes les sorties du compteur passent à zéro et le signal de sortie de retenue passe au niveau haut. Cela entraîne le fonctionnement du circuit bistable Zl et change l'état du signal de commande CN qui à nouveau correspond à la forme d'ondes de référence P, ce qui arrête le compteur Z 9 A ce moment, le signal de commande CN est en désaccord avec le signal de sortie d'onduleur OP. Deux acitions sont déclenchées par l'apparition d'un point de transition dans le signal-de commande CN. Tout d'abord, le circuit d'attaque 14 commence la séquence de commutation de la phase de l'onduleur. Ensuite, la sortie de la porte OU-EXCLUSIF Z 10 passe au niveau haut, permettant aux impulsions d'horloge d'atteindre le compteur Z 6 qui les compte jusqu'à ce que la phase soit commutée et qui entraîne une transition de la forme d'ondes de sortie OP pout qu'elle corresponde avec le signal de commande CN, ce qui inhibe tout autre comptage par le compteur Z 6 Ce changement du signal de sortie OP déclenche également une série de deux impulsions produites par des multivibrateurs monostables Z 11 et Z 12 La sortie du multivibrateur monostable Zli est la forme d'ondes pulsée W des figures 1 et 2. Cette forme d'ondes sert a charger des données du compteur Z 6 dans le registre à décalage Z 13 qui sert délément de mémoire, et qui décale les nouvelles données vers le compteur pré-réglable Z 9, réglant ainsi ce compteur Z 9 sur un nouveau chiffre de données avant la fin d'une impulsions de la forme d'ondes W L'impul- sion de la forme d'ondes W est également inversée par l'inverseur Z 14, et transmise vers le multivibrateur monostable Z 12 La sortie du multivibrateur Z 12 délivre une seconde forme d'ondes pulsée identique à la forme d'ondes R des figures 1 et 2 Les impulsions de la forme d'ondes R ramène au repos le compteur Z 6 afin qu'il soit prêt à compter pendant le retard de commutation de phase du cycle de sortie suivant Le circuit de commande est alors au repos jusqu'au point de transition suivant de l'onde de référence P. La longueur du registre à décalage Z 13 est telle qu'un mot de données représentant le temps de commutation d'une phase est mémorisé pour chacun des points de commutation dans un cycle de sortie d'onduleur. Ains I, quand des données en cours égales au nombre des impulsions d'horloge nécessaires pour une opération de commutation de phase juste terminée sont introduites dans le registre à décalage, le nombre nécessaire pour le point de commutation suivant est placé dans le compteur pré-réglable Z 9 Ce nombre représente le temps de com- mutation de laphase à un point de commutation corres- pondant du cycle de sortie précédent de l'onduleur. Ainsi, quand la forme d'ondes de référence P change ensuite, le compteur pré-réglable commence à compter à un nombre représentant le retard de commutation prévu de la phase associée et il compte jusau aà sa capacité totale. La phase est ensuite commutée à un instant à peu près identique à celui des cycles précédents. Il en résulte que la commutation de phase est une réplique de la forme d'ondes de référence P, mais avec un retard d'une période prédéterminée T égale au comptage total du compteur pré-réglable Z 9. L'invention a été décrite en regard d'un mode particulier de réalisation mais il est bien évident que de nombreuses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS 1 Circuit de commande d'amorçage de commu- tateur de phase pour commander un inverseur modulé en durée d'impulsions en fonction d'un signal pulsé de référence, ledit circuit de commande comprenant un circuit conformateur ( 12) qui produit un signal de commande comportant des points de transition pour déclencher une séquence de commutation de phase dans l'onduleur, un premier compteur (Z 6) pour compter un nombre d'impulsions de tension d'horloge qui apparaissent entre un point de transition déterminé dudit signal de commande et le fonctionnement d'un commutateur de phase associé, un circuit de mémoire (Z 13) destiné à mémoriser le nombre des impulsions de tension d'horloge comptées par ledit premier compteur pendant chaque séquence de commutation de phase, circuit caractérisé en ce qu'il comporte en outre un second compteur (Z 9) pré-réglable pour commencer à compter à un nombre égal au nombre des impulsions de tension d'horloge précédemment comptées par ledit premier compteur (Z 6) pendant la séquence de commutation précédente dudit commutateur de phase associé, et connecté pour compter lesdites impulsions de tension qui apparaissent après un point de transition prédéterminé dudit signal de référence de référence, jusqu'à ce qu'un comptage déterminé, soit atteint, de manière que ledit compteur produise une impulsion de sortie de retenue par laquelle ledit circuit conformateur produit un second point de transition dans ledit signal de commande. 2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte également un circuit de transfert (Z 11, Z 12) destiné à transférer le nombre mémorisé des impulsions de tension pour un commutateur de phase déterminé, vers ledit second compteur quand ledit commutateur de phase est le commutateur de phase suivant à amorcer. 3 Circuit selon la revendication 2, caracté- risé en ce que ledit circuit de mémoire (Z 13) consiste en un registre à décalage, ledit circuit de transfert (Zll,Z 12) comprenant un multivibrateur monostable connecté à l'entrée de décalage dudit registre à décalage. 4 Circuit selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit confor- mateur ( 12) comporte un circuit bistable. Circuit selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un circuit {Z 3, Z 4, Z 5) prévu pour ne fournir que des impulsions de tension d'horloge complètes audit premier compteur. 6 Circuit selon la revendication 5,t carac- térisé en ce que ledit circuit destiné à ne fournir que des impulsions de tension d'horloge complètes comporte une porte ET (Z 5) dont la sortie est connectée au premier compteur et comprenant deux entrées dont une première est connectée taudit dispositif qui reçoit un signal d'horloge, un circuit bistable (Z 3) ayant une entrée d'horloge et une sortie (Q), ladite sortie (Q) étant connectée à la seconde des entrées de ladite porte ET et un inverseur (Z 4) comportant une entrée connectée audit dispositif qui reçoit un signal d'horloge et dont la sortie est connectée à l'entrée d'horloge dudit circuit bistable.