Brevet FR2536311A1 — publié le 19840525

La présente invention concerne un dispositif d'ali- tentation électrique d'un transducteur générateur de vibrations ultrasonores. Des systzmes de conversion d'énergie les plus pr formants, du point de vue rendement, utilisent des montages fonctionnant sur le principe du découpage, Dans ces- systèmes il existe trois états fondamentaux à savoir l'état bloqas', ena puissance dissipe, l'état saturez rogi par le produit te la tension à saturation par l'intensité du courant à saturation, qui entraîne une dissipation moyenne, et enfin les transitions qui représentent la quasi totalité des pertes.Le comportement optimal d'un tel montage fonctionnant sur le principe du dé coupage, lors des transitions est obtenu lorsque la tension e t le courant croissent et dé- croissent en concordance parfaite, autrement dit sans dépha- sage relatif, et cette concordance est obtenue lorsque le montage alimente une charge résistive pure. Par ailleurs un transducteur générateur de vibrations ultrasonores, qu'il soit du type piézoélectrique ou magnétostrictif, se comporte comme un circuit résonnant présentent une résonance série (ispédance faible) et une résonance parallèle (impédance élevée) Lorsqu'un tel transducteur est couplé à une masse d'eau importante, ce qui est le cas lorsqu'il est utilisé dans un dispositif de nettoyage par ultrasons, cette masse d'eau amortit considérablement le comportement intrinsèque du transducteur. L'adjonction d'une self en série avec ce transducteur permet de retrouver lespropriétés électriques d'un circuit résonnant dont la fréquence optimale d'utilisation est la fréquence de résonance série pour laquelle l'impédance est purement résistive. La présente invention a pour but de fournir un des positif d'alimentation d'un tel transducteur lui permettant de fonctionner toujours 9 la fréquence de résonance s-é--rie, entraînant ainsi une puissance dissipée minimale, et ce par des moyens très simples. A cet effet ce dispositif d'aliaentation, Fiectriquc d'un transducteur générateur de vibrations ultrasonores comportant un circuit de commande de découpage relié, par l'intermédiaire dgun montage amplificateur, à la charge constituéa par le transducteur et une self en série, est caractérisé en ce qu'il comporte une boucle à verrouillage de phase comportant un comparateur de phase , des moyens pour ef-ectuer une analyse du courant de sortie du générateur d'énergie et pour appliquer, à la première entrée du comparateur de phase , un premier signal correspondant à l'analyse du courant, des moyens pour effectuer une analyse de la tension et pour appliquer, à la seconde entrée du co-parateut de phase S un signal correspondant à la tension ainsi paralysée, et un oscillateur alimentant I e circuit de commande de découpage et qui est commandé en fréquence par la tension apparaissant à la sortie de la boucle de ver rouillas de phase, de manière à recevoir, en tant que signal de tension de commande, le signal de sortie de cette bouclez On décrire ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur iequel ta figure unique est un schéma synoptique d'un dispositif d'alimentation électrique à découpage d'un transducteur générateur de vibrations ultrasonores. Le dispositif d'alimentation électrique dont le schéma est représenté sur le dessin est destiné à alimenter un transducteur I, du type magnétostrictif ou piézoélectri- que, lequel peut faire partie d'un dispositIf de nettoyage par ultrason50 Ce transducteur 1 est connecté en série avec une self 2 qui permet de compenser l'amortissement important dû à la masse d'eau contenue dans une cuve de nettoyage. La valeur de la self 2 est déterminée de telle façon que celleci forme avec le transducteur 1 un circuit résonnant blec- triquement sur la même fréquence de résonance série que celle du transducteur 1 considéré seul.Cet te fréquence de résonance série est la fréquence optimale d'utilisation car pour cette valeur l'impédance de la charge est purement r-isistive. Le dispositif d'alimentation comprend un système de conversion d'énergie à découpage qui est parmi les plus performants du point de vue rendement. Ce systbme est constitué pas. un circuit de commande de découpage 3 lequel alimente, par l'intermédiaire d'un montage push-pull 4, la charge constituée par la self 2 et le transducteur I en série Suivant l'invention le système de conversion d'énergie à découpage est alimenté par un oscillateur 5 commandé en fonction de la tension, lequel est lui-même piloté par une boucle à verrouillage de phase désignée dans son ensemble par 6.Cette boucle à verrouillage de phase est destinée à analyser la phase relative entre la tension et le courant d'alimentation de la charge électrique résonante que constituent la self 2 et le transducteur 1, d-ans le but d'aller chercher le point en fréquence où cette charge devient résistive pure. La boucle 6 comporte donc, en premier lieu, des moyens permettant d'effectuer une analyse du courant de sortie du montage générateur d'énergie. Cette analyse est réalisée au moyen d'un transformateur d'intensité 7 dont l'enroulement primaire 7a est branché entre la sortie du montage push-pull 4 et la self 2. L'enroulement secondaire 7b du transformateur d'intensité 7 est -connecté aux deux entrées d'un premier comparateur 8 agissant en conformateur de signaux, pour délivrer à sa sortie un signal El de forme rectangulaire rigoureu,s-ement en phase .avec le courant (passage au zéro). Pour la -détection de la tension on utilise un conducteur 9 partant du circuit de commande de découpage et auquel sont appliqués les signaux de commande des transistors de ce circuit de découpage. Ce conducteur 9 est relié, par l'intermédiaire d'un circuit à retard 10, à un compara- teur d'analyse de tension 11. Ce comparateur 11 agit égale- ment en tan t que con format-eur pour délivrer à sa sortie un signal rectangulaire E2 correspoNn.dant à la tension Le circuit à retard 10 a été prévu pour tenir compte du fait que les signaux de sortie du montage push-pull 4 sont retardés par rapport aux signaux de commande émis par le circuit 3 (environ 30C ns). Dents le dispositif suivant l'invention on a préféré utiliser, pour l'analyse de la tension, un signal provenant du circuit de commande de découpage 3, au lieu de la tension de sortie elle-riêne, car ceci permet d'éviter l'emploi falun transformateur d'isolement sans déphasage et le retour de bruit de la sortie vers l'entrée d'analyse. Les signaux rectangulaires El correspondant à l'ana- lyse du courant et E2 correspondant à 1 ' analyse de la tension, provenant respectivement des comparateurs 8 et 11, sont appliqués aux deux entrées d'un comparateur de phase 12 qui produit à sa sortie deux signaux numériques ou analogiques A et R, le signal A représentant l'avance du signal de courant El par rapport au signal de tension E2, tandis que le signal R représente au contraire un retard. Les deux signaux A et R sont appliqués à leur tour à un intégrateur bloqueur 13 qui délivre à sa sortie un signal V dont la tension de sortie reflète l'intégration des signaux A (avance) et R (retard) jusqu'à concurrence des limites de tension que cet intégrateur peut fournir, et il mémorise la tension entre deux échantillons. Le signal V est appliqué à un filtre 14 chargé d'é- liminer les tensions résiduelles perturbatrices issues de l'échantillonnage. Le signal de sortie S du filtre 14 est appliqué à l'oscillateur commandé en tension 5 pour constituer sa tension de commande en fréquence. On voit donc d'après la description qui précéde que la boucle de verrouillage en phase 6 détecte un déphasage entre le courant et la tension fournis par le système de conversion d'énergie 3, 4 et agit sur l'oscillateur 5, en plus ou en moins, pour ramener en permanence ce déphasage à une valeur nulle c'est-à-dire que la charge que constitue le transducteur35 et la self 2 en série présentera toujours une impédance rAsistive pure entraînant une puissance dissipée minimale lors des transitions. REVENDICATIONS 1- Dispositif d'alimentation électrique d'un transducteur générateur de vibrations ultrasonores, comportant un circuit de commande de découpage relié, par l'intermédiaire d'un montage amplificateur, à la charge constituée par le transducteur et une self en série, est caracté-risé en ce qu comporte une boucle à verrouillage de phase ( 6-)- cos- portant un comparateur de phase (12) , des moyens (7,8) pour eFFectuer une analyse du courant de sortie du générateur d'énergie St pour appliquer, à la première entrée du compa Mateur de phase (12), un premier signal (El) correspondant à l'analyse du courant, des moyens (9,10,11) pour effectuer une analyse de la tension et pour appliquer à la seconde entrée du comparateur de phase (12), un second signal (E2) correspondant à la tension ainsi analysée, et un oscillateur (5) alimentant le circuit d-e commande de découpage (3) et qui est commandé en fréquence par la tension apparaissant à la sortie de la boucle de verrouillage de phase (6) , de ma nière à recevoir, en tant que signal de tension de comman- de, le signal de sortie de cette boucle (6). 2.- Dispositif suivant la revendication 1 caracté- risé en ce que les moyens effectuant l'analyse du courant de sortie du générateur d'énergie comprennent un transformateur d'intensité (7) dont l'enroulement primaire (7a) est branché entre la sortie du montage amplificateur (4) et l'-ensemble self (2)-transducteur (1) en série et dont l'enroulement secondaire est connecté, à ses deux extrémités, à un premier comparateur (8) agisant en tant que conformateur de signaux et délivrant à sa sortie un signal (El) de forme rectangu- laire rigoureusement en phase avec le courant. 3.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens effectuant une analyse de la tension comprennent un conducteur (9) partant du circuit de commande de découpage (3) et auquel sont appliqués des signaux de commande des transistors de ce circuit de découpage, ce conducteur (9) étant relié, par l'intermédiaire d'un circuit à retard (10), à un comparateur d'analyse de tension (11) délivrant à sa sortie un signal rectangulaire (E2) correspondant à la tension. 4.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la boucle à verrouillage de phase (6) comporte un intégrateur bloqueur (13) à deux entrées recevant respectivement deux signaux numériques ou analogiques (A ,R) issus du comparateur de phase (12)9 le signal (A) correspondant à une avance du signal de courant (E1 par rapport au signal de tension (E2) tandis ue le signal (R) représente un retard, l'intégrateur bloqueur (13) délivrant à sa sortie un signal (V) dont la tension de sortie reflète l'intégration des signaux d'avance (A) et de retard (R). 5 - dispositif suivant la revendication 4 caractérisé en ce que l'intégrateur bloqueur (13) est connecté à un filtre (14) dont la sortie est reliée à 11 entrée de commande de l'oscillateur (5) commandé en tension.