Brevet FR2542523A1 — publié le 19840914

"CIRCUIT D'ALIMENTATION STABILISE EN SORTIE ET APPLICATION A UNE ALIMENTATION MULTITENSION. It La présente invention concerne un circuit d'alimentation fournissant une grandeur continue stabilisée en sortie, a' partir d'une tension denturée alternative, après redressement par au moins un élément redresseur et intégration par un circuit intégrateur. Elle concerne également une application du circuit d'alimentation selon l'invention à une alimentation fournissant une pluralité de grandeurs continues de sortie, à partir de tensions alternatives obtenues aux secondaires d'un transformateur dont le primaire est excité par une tension alternative principale. Dans la suite de ce mémoire, on entendra sous le terme "grandeur" aussi bien la notion de tension que de courant. L'invention trouve une utilisation avantageuse dans le domaine général des alimentations stabilisées, et, plus par ticuliéremenl, dans les alimentations destinees aux véhicules automobiles pour lesquels un rendement élevé est recherché. Les circuits d'alimentation actuellement connus, notamment à découpage, fournissant, par exemple, une tension continue comme grandeur de sortie stabilisée, exige au secondaire une tension supérieure de plusieurs volts à la valeur désirée pour la tension continue de sortie. ce qui nuit au rendement du dispositif. I1 existe par ailleurs des circuits d'alimentation comportant un thyristor comme organe de régu- lation; un exemple d'un dispositif de ce type est décrit dans le brevet allemand 2 634 193. De tels circuits présentent cependant I'inconvénientque, lorsque les variations de tension sont trop grandes, le thyristor s'amorce naturellement, de façon aléatoire, et ne permet donc pas toujours d'obtenir le retard voulu pour la régulation. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. En effet, selon l'invention, un circuit d'alimentation fournissant une grandeur continue stabilisée en sortie, à partir d'une tension d'entrée alternative, après redressement par au moins un élément redresseur et intégration par un circuit intégrateur, est notamment remarquable en ce qu'il comporte, entre l'élément redresseur et le circuit intégrateur, un organe de régulation constitué par un transistor de régulation dont la base est commandée par un courant de commande fourni par un circuit de comparaison qui compare la grandeur continue de sortie à une même grandeur de référence. Ainsi, le circuit de comparaison détecte toute fluctuation de la grandeur continue de sortie, due par exemple à une fluctuation de la tension alternative d'entrée ou à une variation de charge du circuit d'alimentation, et agit sur la base du transistor de régulation de sorte que durant l'alternance concernée ledit transistor de régulation reste fermé le temps nécessaire pour amener la grandeur continue de sortie à la valeur désirée. Cette régulation se fait avec un bon rendement puisqutelle consiste à ajuster le débit de courant alors que les régulateurs classiques exigent pour la plupart une chute de tension à travers un élément résistif actif. D'autre part, le transistor étant beaucoup moins sensible que le thyristor aux variations de tension, il n'y a pas de risque d'amorçage aléatoire. Il est également prévu que le circuit d'alimentation selon l'invention dispose d'un organe disjoncteur-qui coupe le courant de commande de la base du transistor de-régulation en cas de court-circuit de là sortie du circuit d'alimentation, et rétablit ledit courant de commande lorsque ledit court-circuit est retiré. Cette fonction est indispensable pour protéger le transistor de régulation et l'élément redresseur, et aussi pour éviter de perturber les autres tensions d'alimentation dans le cas d'une alimentation multitension. Par ailleurs, afin que le transistor ne subisse pas un échauffement supplémentaire au moment ou la tension alternative s'annule, on envisage que le circuit d'alimentation selon l'invention comporte un dispositif de protection du transistor de régulation à la coupure de la tension alternative d'entree redressée, dispositit qui maintient conducteur ledit transistor de régulation par élévation de la valeur de la grandeur de référence, jusqu'au passage à zCro de la dite tension alternative d'entrée redressée. Cette disposition revient en fait a assurer la régulation du circuit uniquement sur le front montant de la tension redressee. Enfin, une application du circuit d'alimentation selon l'invention à une alimentation fournissant une pluraiité de grandeurs continues de sortie, à partir de tensions alternatives obtenues aux secondaires d'un transformateur dont le primaire est excité par une tension alternative principale, est notamment remarquable en ce qu'au moins une grandeur continue de sortie est stabilisée à l'aide dudit circuit d'alimentation. On peut envisager que la tension alternative principale est produite par des moyens de découpage d'une tension continue principale provenant soit d'une tension secteur redressée soit d'une basse tension continue. Ce dernier cas est celui d'une utilisation de l'invention aux véhicules automobiles dans laquelle la tension continue principale est délivrée par la batterie desdits véhicules. Afin d'améliorer encore la stabilisation, on peut prévoir une première régulation au primaire des grandeurs continues de sortie, en stabilisant une des grandeurs continues de sortie par un circuit de-comparaiscn agissant sur les moyens de découpage. Cette possibilité marque un avantage certain par rapport alxx alimentations > découpage habituellement utilises dans lesquelles on ne peut agir qu'une seule fois au primaire par l'intermédiaire d'une boucle de regulation unique qui ne fournit en sortie qu'une grandeur de sortie stabilisée. Si l'on veut, dans ce cas, obtenir plusieurs sorties régulées et séparées, il faudrait utiliser des régulateurs continus ou à thyristors dont on a vu qu'ils conduisent a' un rendement insuffisant ou à un fonctionnement instable.Par contre, l'invention offre la possiblité de outre la boucle de régulation primaire, une excellente stabilisation individuelle des grandeurs continues de sortie avec un rendement éleve. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est un schéma. d'un circuit d'alimentation selon l'invention. La figure 2 est une premiere variante de réalisation du circuit de la figure 1. La figure 3 est une deuxième variante de réalisation du circuit de la figure 1. La figure 4 donne un mode de réalisation du circuit décrit aux figures 2 et 3. La figure 5 donne le schéma d'une application du circuit d'alimentation selon l'invention à une alimentation multitension. Le schema de la figure 1 montre un circuit d'alimen~ tation fournissant, par exemple, une tension continue Vc stabilisée en sortie, à partir d'une tension alternative Va obtenue, dans le cas de la figure 1, aux bornes d'une source alte~native'à point milieu. La tension alternative Va est redressee par les deux diodes 11 puis intégrée par le circuit intégrateur 21 compose d'une inductance 22 et d'un conden sateur 23.Comme le montre la figure 1, le circuit d'alimentation selon l'invention comporte, entre les diodes 11 et le circuit intégrateur 21, un organe de régulation constitué par un transistor 31 de régulation dont la base 32 est commandée par un courant de commande Ic fourni par un circuit 41 de comparaison qui compare la tension continue Vc de sortie à une tension Vo-de référence. Ainsi, le circuit 41 de comparaison détecte toute fluctuation de la tension continue Vc de sortie, due à une variation de la tension alternative Va ou à une variation de charge,. et agit sur la base 32 du transistor 31 de régulation de façon à en ajuster le temps de fermeture à une valeur telle que-la tension continue Vc soit amenée à sa valeur nominale. Dans l'exemple de la figure 1, le circuit 41 est constitué par un comparateur 43 suivi d'un amplificateur 42 de courant.Par ailleurs, on peut observer qu'une diode 24 est placée en parallèle à l'entrée du circuit intégrateur 21 afin d'éviter que l'inductance 22 reste en circuit ouvert pendant l'alternance négative ou pendant l'alternance positive lorsque le transistor 31 n'est pas commandé. La figure 2 propose une première variante de réalisation dans laquelle le circuit d'alimentation selon l'invention dispose d'un organe disjoncteur 51 qui coupe le courant de commande Ic de la base du transistor 31 de régulation en cas de court-circuit de la sortie du circuit d'alimentation, et retablit ledit courant de commande lorsque ledit court-circuit est retire. Cette précaution permet de protéger le transistor 31 de régulation et les diodes 11 et de ne pas perturber les autres tensions auxilliaires par la limitation du courant au primaire lorsque le circuit d'alimentation selon l'invention est utilisé dans une alimentation multitension à découpage. Dans le mode d'exécution représenté à la figure 2, l'organe disjoncteur 51 agit directement sur l'amplificateur 42 de courant du circuit 41 de comparaison.La figure 4 donne un exemple de réalisation de l'organe disjoncteur 51, essentiellement composé par les transistors 52 et 53, l'amplificateur 42 de courant étant constitué par le transistor 44. Lorsque la sortie du circuit d'alimentation est en court-circuit, le transistor 52 est bloqué, le transistor 53 est fermé et le transistor 44 est bloqué; le courant de commande Ic est donc nul et le transistor 31 de régulation est ouvert. Par contre, quand le court-circuit est retiré, les fronts de montée de la tension alternative traversent le transistor 31 et créent aux bornes du condensateur 23 une tension continue faible mais suffisante pour commander le transistor 52 qui bloque le transistor 53. Le transistor 44, à nouveau alimenté, peut alors commander le transistor 31 de régulation. Dans le but d'éviter un échauffement supplémentaire du transistor, il est également prévu de réguler la tension Vc de sortie uniquement sur le front montant de la tension d'entrée redressée. Pour cela, conformément à la figure 3, le circuit dtalimentation selon l'invention comporte un dispositif 61 de protection du transistor 31 de régulation à la coupure de la tension alternative d'entrée redressée, dispositif 61 qui maintient conducteur ledit transistor de régulation par élévation de la valeur de la tension Vo de référence, jusqu'au passage à zéro de ladite tension alternative d'entrée redressée. De façon pratique, la figure 4 montre que ce dispositif de protection est réalisé à l'aide de la résistance 62 qui, lorsque le transistor 31 de régulation est fermé, vient augmenter la tension Vo de réference fournie par la diode Zener 63. Le transistor 31 de régulation peut être du type bipolaire. Mais il peut être aussi du type MOS de puissance et en particulier V-MOS avec l'avantage de présenter un bon rendement et une grande facilité de commande. La figure 5 montre une application du circuit d'alimentation selon l'invention à une alimentation fournissant une pluralité de tensions continues Vcl, Vc2,...Vcn de sortie, à partir de tensions alternatives Val, Va2,...Van obtenues aux secondaires 301, 30,,.30 d'un transformateur dont le primaire 35 est excité par une tension alternative principale Vao. Comme on peut le voir à la figure 5, les tensions conti nues Vcl et Vc2 de sortie, seules représentées, sont stab sées à l'aide d'un circuit d'alimentation selon l'invention issu de la combinaison de ceux représentés aux figures 2 et 3. La figure 5 montre plus précisément une application de l'invention dans laquelle la tension alternative principale Vao est produite par des moyens 70 de découpage d'une tension continue principale Vco. Cet exemple d'application est particulièrement avantageux lorsque les tensions continues Vcl, Vc2, ...Vcn de sortie servent à alimenter divers équipements d'un véhicule automobile pour lesquels le problème est de réguler, avec un rendement élevé, des faibles tensions de sortie et de fort courant à partir d'une tension continue variable et de faible valeur (batterie de 12 Volts). Enfin, on peut avoir intérêt, sans que ce soit indispensable, à prévoir une régulation primaire nctamment cotre les fluctuations importantes de la, tension continue principale Voo. Pour cela, on envisage qu'une tension continue de sortie, Vcn par exemple, est stabilisée par un circuit 80 de comparaison agissant au primaire 35 sur les moyens 70 de découpage. Ce circuit 80 de comparaison agit par comparaison de la tension continue Vcn à une tension de référence Von à la manière des circuits 41 de régulation. On améliore ainsi le rendement puisque les temps de conduction des éléments de découpage sont diminués par réduction du facteur de forme du découpage au primaire. Si on le désire, on peut découpler galvaniquement par photocoupleur le circuit 80 de comparaison des moyens 70 de découpage. Lorsque lesdits moyens de découpage fournissent une tension alternative principale Vao de fréquence fixe, la stabilisation de la tension continue Vcn de sortie est réalisée par variation du facteur de forme du découpage. L'invention ne saurait être limitée aux exemples donnés aux figures 1, 2, 3, 4 et 5 dans lesquels les grandeurs continues de sortie sont des tensions, mais elle s'applique écale- ment au cas où celles-ci seraient des courants en remplaçant notamment les tensions de référence par des courants de rëfé- rence. REVENDICATIONS: 7 Circuit d'alimentation fournissant une grandeur conti nuP (c) stabilisée en sortie â partir d'ale tension d'entre alternative (Va), apres rpc1-ressement par a" moins un élément redresseur (11) et intégration par un circuit intégrateur (21), caractérisé e.: ce qu'il comporte. entre l'élément redresser (11) et le circuit ii.t?grate.r (21), un organe de régulation constitué par un transistor (31) ae régulation dont la base (32) est commandée par un courant due commande (Ic) fourni par un circuit (41) de comparaison qui compare la grandeur continue (Vc) de sortie a une meme grandeur (Vo) de référence. 2. Circuit d'alimentation selon la revendication 1, ca ractérisé en ce qu'il dispose d'un organe disjoncteur (51) qui coupe le courant de commande (Ic) de la base du transistor (31) de régulation en cas de court-circuit de la sortie du circuit d'alimentation, et rétablit ledit courant de commande lorsque ledit court-circuit est retiré. 3. Circuit d'alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (61) de protection du transistor (31) de régulation à la coupure de la tension alternative d'entrée redressée, dispositif (61) qui maintient conducteur ledit transistor de régulation par élévation de la valeur de la grandeur (Vo) de référence, jusqu'au passage a zero de la dite tension alternative d'entrée redressée. 4. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 3, caracterisé en ce que le transistor (31) de régulation est un transistor bipolaire. 5. Circuit d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le transistor (31) de régulation est un transistor MOS de puissance. 6. Application du circuit d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 5 à une alimentation fournissant une pluralité de grandeurs continues (Vc, Vc2,...Vcn) de sortie, à partir de tensions alternatives (Val. Va2, . Van) obtenues aux secondaires (301, 302,...30n) d'un transformateur dont le primaire (35) est excité par une tension alternative principale (Vao), caractérisée en ce qu'au moins une grandeur continue (Vcl, Vue2) de sortie est stabilisée à l'aide dudit circuit d'alimentation. 7. Application selon la revendication 5, caxacterisée en ce que la tension alternative principale (Vao) est produite par des moyens (70) de découpage d'une tension continue principale (Vco). 8. Application selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'une grandeur continue (Vcn) de sortie est stabilisée par un circuit (80) de comparaison agissant au primaire (35) sur les moyens (70) de découpage.