Brevet FR2543756A1 — publié le 19841005

"Procédé et dispositif destinés à la conversion de la tension d'une source de tension continue". La présente invention concerne un procéde et un dispo sitîf destines à la conversion de la tension d'une source de tension ;continue a l'aide d'un transformateur presentant un noyau en un maté riau magnétique, un enroulement primaire en deux parties électriquement en serie et susceptibles d'être alimentes alternativement en energie electrique et un enroulement secondaire apte à fournir une energie elec- !trique transformee, ces procede et dispositif ayant pour but de trans former une tension continue positive ou negative soit en une tension alternative d'amplitude differente soit, après redressage et eventuel lement filtrage de cette tension alternative, en une tension continue de polarité positive ou negative et dtamplitude différente de l'ampli tude de la tension d'alimentation initiale. - On connait actuellement des dispositifs de conversion de tension continue auto-oscillants dont l'auto-oscillation est permise grâce a deux transistors montes respectivement aux extrémités des deux parties de l'enroulement primaire dont le point milieu est relie a la tension d'alimentation et a deux resistances branchees chacune entre la base d'un des transistors et ltextremite de la partie de l'enroulement primaire associee a l'autre transistor, respectivement.Ce dispositif presente de nombreux inconvénients et, en particulier, lors de la commutation de l'alimentation sur les deux parties de l'enroulement primaire, alternativement, le circuit magnétique est saturé, les deux transistors sont simultanément saturés et conduisent simultanément. Il s'ensuit que les transistors doivent supporter des courants tres importants et en conséquence s'échauffent considérablement. Dans un autre dispositif de tension continue connu, on a cherché a évacuer les charges des transistors au moment de la commutation grâce à un enroulement auxilliaire. Dans ce dispositif cependant, les deux transistors conduisent simultanément pendant la commutation. Dans un autre dispositif de conversion de tension continue connu, on associe aux bases des transistors un transformateur auxilliaire évitant la saturation du matériau magnétique. La commutation s'effectue alors lorsque le transformateur auxilliaire est saturé. Ce dispositif connu présente l'inconvénient d'utiliser un deuxième transformateur et, comme dans les dispositifs précédents, les deux transistors conduisent simultanément au moment de la commutation. Pour éviter la saturation du matériau magnétique, on a également proposé de piloter la base des transistors par un dispositif extérieur. Le dispositif de conversion de tension continue ainsi conçu ne résoud cependant pas les problèmes de saturation zsimultanee des transistors pendant la commutation. La présente Invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients de l'état de la technique. Elle propose tout d'abord un procédé destiné à la conversion de la tension d'une source de tension continue a l'aide d'un transformateur présentant un enroulement primaire en deux parties électriquement en série et susceptibles d'tre alimentées en énergie électrique et un enroulement secondaire apte à fournir une énergie électrique transformée, dans lequel les parties de l'enroulement primaire sont susceptibles entre alimentées en énergie électrique au travers de deux transistors de puissance dont l'émetteur et le collecteur de l'un et de l'autre sont,respectivement > branchés en série avec l'une et l'autre des parties de l'enroulement primaire et dans lequel on agit sur la base des transistors de puissance en vue d4alimenter alternativement les parties de l'enroulement primaire. Conformément a la présente invention, ce procédé est tel qu'il consiste en outre à évaeuer, au moment de leur commutation et en vue de leur désaturation, les charges stockées dans la base des- dits transistors-de puissance au travers de deus-transistors respecti- vement branchés sur la base desdits transistors de puissance. Conformément à la présente invention, ce procédé peut également consister en outre à n' autoriser la saturation de l'un desdits transistors de puissance que quand l'autre est totalement désaturé. La présente invention concerne également un dispositif de-conversion de tension d'une source de tension continue, du type autooscillant, pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. Ce dispositif de conversion comprend un transformateur à noyau en un matériau magné- - tique présentant un enroulement primaire en deux parties électriquement en série et un enroulement secondaire, deux transistors de puissance dont l'émetteur et le collecteur de chacun sont branchés en série avec l'une des parties de l'enroulement primaire, respectivement, sur la source de tension continue, et est tel outil comprend en outre deux transistors secondaires dont l'émetteur et le collecteur de chacun sont branchés en série avec une résistance sur la source de tension continue et dont le point commun entre chacun des transistots secondaires et la résistance associée est relié à la base d'un desdits transistors de puissances respectivement, et deu:: résistances dont chacune est branchée entre la base d'un desdits transistors secondaires et le point commun entre le transistor de puissance et la partie de l'enroulement primaire associés ce transistor secondaire, respectivement La presente invention concerne également un disposi- tif de conversion de tension d'une source de tension continue du type piloté ou commandé destine a la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention et comprenant, comme précédemment, un transformateur a noyau en un matériau magnétique présentant un enroulement primaire en deux parties électriquement en série et un enroulement secondaire ainsi que deux transistos de puissance dont l'émettèur et le collecteur de chacun sont branchés en serte avec l'une des parties de l'enroulement primaire, respectivement, sur la source de tension continue. Dans une variante, ce dispositif de conversion de tension continue comprend en outre deux transistors secondaires dont l'émetteur et le collecteur de chacun sont branchés en série avec une résistance sur la source de tension continue et dont le point commun entre chacun des transistors secondaires et la résistance associée est relié a la base d'un desdits transistors de puissance, respectivement, et un circuit de commande de commutation apte a fournir à la base desdits transistors secondaires, alternativement, des signaux périodi- ques déphasés l'un par rapport à l'autre d'une demie période. Dans une autre variante, le dispositif de conversion de tension continue précité est tel qu'il comprend en outre deux transistors secondaires dont l'émetteur et le collecteur de chacun sont branchés entre la base de l'un desdits transistors de puissance et le pole de la source de tension continue associée, respectivement, deux résistances branchées chacune entre la base de l1un des transistors de puissance et le point commun entre l'autre transistor de puissance et la partie de l'enroulement primaire qui lui est associée, et un circuit de commande de commutation apte fournira a base desdits transistors secondai,res, alternativement, des signaux périodiques déphasés l'un par rapport à l'autre d'une demie période te dispositif de conversion de tension continue selon la présente invention peut également comprendre, de manière particuliè- rement avantageuse, des moyens pour bloquer simultanément lesdits transistors secondaires, en rue de son arrêt. Dans une variante de réalisation, lesdits transistors de puissance peuvent autre formés par des transistors couramment appelés DARLINGTON. La présente invention sera mieux comprise à l'étudie de dispositifs de conversion de tension d'une source de tension conti- nue, décrits a titre d'exemples non limitatifs et illustres par le dessin sur lequel - La figure 1 représente le shéma électronique d'un dispositif de conversion de tension continue du type auto-oscillant ;; - La figure 2 représente le schéma électronique d'une première variante de réalisation d'un dispositif de conversion de ten- sien continue du type piloté ou commandé - Et la figure 3 représente le sliéma électronique d'une seconde wariante d'un dispositif de conversion de tension continue du type piloté ou commandé, "'n se reportant à la figure 1, on voit qu'on a representé un dispositif de conversion de tension continue repéré d'une maniere générale par la référence 1 et comprenant un transformateur repéré d'une manière générale par la référence 2. Ce transformateur 2 comprend un noyau 3 en un matériau magnétique, un enroulement primaire 4 présentant deux parties 5 et 6 dont le point milieu est relié à la source de tension d'alimentation continue VA et un enroulement secondaire 7e Ce transformateur 2 a pour fonction de transformer la tension d'alimentation VA en une tension alternative apparaissant, dans l'exemple, aux extrémités de laenroule- ment secondaire 7s cette tension alternative étant dirigée vers un cir- cuit d'utilisation quelconque 80 En vue de faire fonctionner le transformateur 2, le dispositif de conversion I comprend deux transistors de puissance 9 et 10 dont les collecteurs sont respectivement reliés aux extrémités des parties 5 et 6 de l'enroulement primaire 4 et dont les émetteurs sont reliés respectivement à la masse, deux transistors secondaires 11 et 12 dont les collecteurs sont respectivement reliés à la base des transistors de puissance 9 et 10 et à la tension d'alimentation par l'intermé- diaire de résistances 13 et 14 et dont les émetteurs sont respectivement reliés à la masse, ainsi que deux résistances 15 et 16 reliant respecti vement la base du transistor secondaire 11 au collecteur du transistor de puissance 9 et la base du transistor secondaire 12 au collecteur du transistor de puissance 10. Le dispositif de conversion de tension continue 1 représenté sur la figure 1 est conçu pour fonctionner par auto-oscil latin, les transistors de puissance 9 et 10 étant alternativement satu rés et bloqués étant entendu que l'un est bloqué quand l'autre est saturé. Il fonctionne de la manière suivante. Supposons que le transistor de puissance 9 soit saturé et que le transistor de puissance 10 soit bloqué. T1 s'en suit que le collecteur du transistor de puissance 9 est à la masse et que le col- lecteur du transistor de puissance 10 est à un potentiel égal à deux fois la tension d'alimentation "M le courant circulant dans la partie 5 de l'enroulement primaire 4. quand le matériau magnétique 3 arrive à saturation, le transistor de puissance 9 se désature et le potentiel de son collecteur crott sers deux fois la tension d'alimentation VA, le transistor secondaire il se sature au travers de la résistance 15 et bloque le transis tor de puissance 9* En me""me temps, il y a inversion du flux dans le transformateur 2, cette inversion de flux ayant permis le blocage du transistor secondaire 12 au travers de la résistance 16 et en conséquence la saturation du transistor de puissance 10, étant entendu qu'au moment de 1 '.nversion du flux le potentiel du collecteur du transistor de puissance 10 passe-de Beux fois la tension d'alimentation VA à la masse Le courant circule alors dans la partie 6 de l'enroulement primaire 4 Lorsque le matériau magnétique 3 arrive de nouveau à saturation une commutation symétrique des transistors de puissance 9 et 10 se produit, et ainsi de suite. Il y a lieu de noter que le dispositif de conversion de tension continue 1 représenté sur la figure 1 assure une puissance réduite dissipée dans les résistances 15 et 16 autorisant l'oscillation grâce aux transistors secondaires il et 12. De plus, les courants col' lecteurs des transistors secondaires i1 et 12 permettent une évacuation rapide des charges stockées dans les bases des transistors de puissance 9 et 10 de telle sorte que les temps de commutation sont treks courts. En yue de l'arrêt du dispositif de conversion de tensio continue 1 représenté sur la figure 1, on a prévu un circuit 17 capable de fournir simultanément à la base des transistors secondaires 11 et 12 au travers de résistances l8 et 19 un signal saturant ces transistors secondaires 11 et 12 de telle sorte que le dispositif de conversion 1 est dans son ensemble bloqué ou à l'arr""et. En se reportant la figure 2, on voit qu'son a repré senté un dispositif de conversion de tension continue repéré d'une manière générale par la référence 20 et comprenant, comme dans l'exemple représenté sur la figure I, un transformateur repéré d'une lanière générale par la référence 21 formé d'un noyau en un matériau magnétique 22, un enroulement primaire 23 en deux parties 24 et 25 électriquement en série et dont le point milieu est relié à la tension d'alimentation continue VA et un enroulement secondaire 26 dont les extrémités sont reliées à un circuit d'utilisation 27. Comme précédemment, le dispositif de conversion de tension continue 20 représenté sur la figure 2 comprend des transistors de puissance 28 et 29 dont les collecteurs sont respectivement reliés aux extremités des parties 24 et 25 de l'enroulement primaire 23 et dont les émetteurs sont reliés respectivement à la masse ainsi que deux transistors secondaires -30 et 31 dont les collecteurs sont respectivement reliés a"' la masse des transistors de puissance 28 et 29 et dont les émetteurs sont respectivement reliés a"' la masse, et des résistances 32 et 33 respectivement montées entre la base des transistors 28 et 29 et la tension d'alimentation VA. Cette fois, les bases des transistors 30 et 31 sont respectivement reliées a"' deux sorties d'un circuit de commande de commutation 34 par l'intermédiaire de résistances 35 et 36, ce circuit de commande de commutation 34 étant conçu de manière a fournir alternativement aux bases des transistors secondaires 30 et 31 des signaux pério- diques déphasés l'un par rapport à l'autre d'une demie période, par exemple des signaux carrés. Le dispositif de conversion 20 représenté sur la figure 2 fonctionne, au moment de la commutation, de la maniere suivante. Supposons que le signal fourni au transistor secondaire 30 soit à l'état haut et que, par voie de conséquence, le signal fourni par ce circuit 34 au transistor secondaire 31 soit à l'état bas. Il sten suit-que le transistor secondaire 30 est saturé, que le transistor secondaire 31 est bloqué et que, an conséquence, le transistor de puissance 28 est bloqué et le transistor de puissance 29 est saturé Le collecteur du transistor de puissance 28 se trouve donc a"' un potentiel égal à deux fois le potentiel de la tension d'alimentation VA alors que le collecteur du transistor de puissance 29 est à la masse et que le courant de collecteur du transistor de puissance 29 circule dans la partie 25 de l'enroulement primaire 23. Lorsque le circuit de commande de commutation 34 commute, c'est à dire que le signal qu'il fournit a la base du transistor secondaire 30 passe de son état haut à son état bas et que le signal qu'il fournit au transistor secondaire 31 passe de son état bas a"' son état haut, le transistor secondaire 30 se bloque et le transistor secon daire 31 se sature Il s'en suit que le transistor de puissance 28 se sature et que le transistor de puissance 29 se bloque.En conséquenceS le collecteur du transistor de puissance 28 passe à la masse et le collecteur du transistor de pulssance 29 passe à a"' un potentiel égal à deux fois la tension d'alimentation VA tandis que le courant de collecteur du transistor de puissance 28 se met à circuler dans la partie 24 de l'enroulement primaire 23. A la commutation suivante du circuit de commande de commutation 34, le dispositif de conversion 20 commutera de maniera symétrique, et-ainsi de- suite. De manière particulièrement avantageuse9 la période des signaux de commutation du circuit de commande de commutation 34 est choisie de telle sorte que le matériau magnétique 22 n'arrive jamais à saturation. Comme dans l'exemple précédent > au moment des commutations, les charges stockées respectivement dans les bases des transis- tors de puissance 28 et 29 sont évacuées grâce aux courants collecteurs des transistors secondaires 30 et 31 de telle sorte qu'ils peuvent pas de l'état saturé à l'étant bloqué tres rapidement. En vue de l'arrêt du dispositif de conversion 20 repré senté sur la figure 2, on voit qu'on a prévu un circuit de blocage 37 dont les sorties sont respectivement reliées aux bases des transistors secondaires 30 et 31 par l'intermédiaire de resistances 38 et 39, ce circuit de blocage 37 entant apte à fournir aux basés des transistors se daires 30 et 31 un signal de saturation de ces transistors ayant pour conséquence le blocage simultané des transistors de puissance 28 et 29. En se reportant à la figure 3 on voit qu'on a représen té un dispositif de conversion de tension continue repéré d'une maniera générale par la référence 40 qui ne se différencie du dispositif de conversion 20 représenté sur la figure 2 que par Br. fait que les résis- tances 32 et 33 sont remplaces par des résistances 41 et 42, les autres éléments constitutifs du dispositif de conversion 40 communs avec les éléments constitutifs du dispositif de conversion 20 portant les mêmes références. Dans cet exemple, la résistance 41 est branchée entre la base du transistor de puissance 28 et le collecteur du transistor de puissance 29 tandis que la résistance 42 est branchée entre la base du transistor de puissance 29 et la collecteur du transistor de puissance 28. Ces résistances 41 et 42 ainsi montées ont pour but d'éviter le risqua de conduction simultanée des transistors de puissance 28 et 29 qui pouvait exister dans le dispositif de conversion 20 repr6- santé sur la figura 2. En effet, tant que le transistor de puissance 29 reste saturé, son collecteur resta à la massa et aucun courant ne circule dans la base du transistor de puissance 28 au travers de la résistance 41, laissant ainsi le transistor de puissance 28 a l'état bloqué. Lorsque finalement la transistor de puissance 29 passe de l'état saturé a l'état bloqué, le courant augmente progressivement dans la résistance 41 assurant ainsi la synchronisation des changements d'état respectifs des transistors de puissance 28 et 29. Lors jazz de la commutation suivante, Se processus est symétrique gracie à, la résistance 42. Les dispositifs de conversion de tension d'une source de tension continue décrits ci-dessus peuvent avoir de nombreuses appli- cations. Ils peuvent par exemple être utilisés pour l'obtention après redressement et filtrage d'une ou plusieurs tensions continues d'ampli-, tude choisie et dépendant du nombre de spires du transformateur à partir d'une tension continue VA. Cette application permet entre autre la réalisation d'un circuit d'allumage électronique à décharge capacitive pour les moteurs des véhicules automobiles En effet, on peut charger une capacité sous une tension continue par exemple de 400 Volts durant le cycle de fermeture des rupteurs à partir de la tension de batterie de 12 Volts. Cette capacité est ensuite déchargée dans la primaire de la bobine à laide d'un thyristor déclenché par l'ouverture des rupteurs. Il est à noter que le dispositif de conversion utilisé doit e"tre arrenté durant la conduction du thyristor grâce aux moyens prévus précédemment. Les dispositifs de conversion de tension continue cidessus décrits sont particulièrement adaptés pour utiliser en tant que transistors de puissance 9, 10, 28, 29 des transistors denommés DARLINGTON. La présente invention ne se limite pas aux dispositifs et à l'utilisation ci-dessus décrits. flien d'autres variantes sont possigles sans sortir du cadre de la présente invention défini par les revendications annexées REVENDICATIONS 1. Procédé destiné à la conversion de la tension d'une source de tension continue à l'aide dlun transformateur présentant un enroulement primaire (4, 23) en deux parties électriquement en série et susceptibles d'être alimentées en énergie électrique et un enroulement secondaire (7, 26) apte à fournir une énergie électrique transformée, dans lequeI les parties de l'enroulement primaire sont susceptibles d'être alimentées en énergie électrique au travers de deux transistors de puissance (9, 10, 18, 29) dont itémetteur et le collecteur de l'un et de l'autre sont, respectivement, branchés en série avec l'une et l'autre des parties de l'enroulement primaire et dans- lequel on agit sur la base des transistors de puissance (9, 10 > 28, 29) en w e d'alimenter alternativement les parties de l'enroulement primaire, caractérisé par le fait qu'il consiste en outre à évacuer, au moment de leur commutation eh, vue de leur désaturation > les charges stockées dans la base du transistor deguissance au travers de deux transistors (11, 12, 30, 31) respectivement branchés sur la base de ces transistors de puissance. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste en outre à 'autoriser la saturation de l'un desdits transistors de puissance que quand l'autre transistor de puis- sance est totalement désaturé. 3. Dispositif de conversion de tension d'une source de tension continue, du type autowoscillant, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant un transformateur (2) à noyau en un matériau magnétique présentant un enroulement primaire en deux parties (5, 6) électriquement en série et un enroule- ment secondaire (7), et deux transistors de puissance (9 10) dont l'émetteur et le collecteur de chacun sont branchés en série avec une des parties de ltenroulement primaire, respectivement, sur la source de tension continue, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre deux transistors secondaires (11, 12) dont l'émetteur et le collecteur de chacun sont branchés en série avec une résistance (13 > 14) sur la source de tension continue et dont le point commun entre chacun des transistors secondaires (11, 12) et la résistance (13, 14) associée est relié à la base d'un des transistors de puissance (9, 10), respectivement, et deux résistances (15, 16) dont chacune est branchée entre la base d'un desdits transistors secondaires (11, 12) et le point commun entre le transistor de puissance (9, 10) et la partie (5, 6) de l'enroulement primaire (4) associés à ce transistor secondaire, respectivement. 4. Dispositif de conversion de tension d'une source de tension continue, du type piloté ou commandé, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2-, comprenant un transformateur ( à noyau en un matériau magnétique présentant un enroulement primaire (23) en deux parties (24, 25) électriquement en série et un enroulement secondaire (26), et deux transistors de puissance (28, 29) dont l'émetteur et le collecteur de chacun sont branchés en série avec une des parties de l'enroulement primaire, respectivement, sur la source de tension continue, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre deux transistors secondaires (30, 31) dont l'émetteur et le collecteur de chacun sont branchés en série avec une résistance (32, 33) sur la source de tension continue et dont le point commun entre chacun des transistors secondaires et la résistance associée est relié à la base d'un desdits transistors de puissance (28, 29), respectivement, et un circuit de commande de commutation (34) apte a fournir à la base desdits transistors secon daines (30, 31), alternativement, des signaux périodiques déphasés l'un par rapport à l'autre d'une demie période 5. Dispositif de conversion de tension d'une source de tension continue, du type piloté ou commandé, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, comprenant un tranformateur (21) à noyau en un matériau magnétique présentant un enroulement primaire (23) an deux parties (24, 25) électriquement en série et un enroulement secondaire (26), et deux transistors de puissance (28, 29) dont l'émetteur et le collecteur de chacun sont branchés en série avec une des parties de l'enroulement primaire, respectivement, sur la source de tension continue, caracérisé par le fait qu'il comprend en outre deux transistors secondaires (30, 31) dont l'émetteur et le collecteur de chacun sont branchés entre la base de l'un desdits transistors de puissance (28, 29) et le ptle de la source de tension continue-associé, deux résistances (41, 42) branchées chacune entre la base de l'un desdits transistors de puissance (28, 29) et le point commun entre l'autre transistor de puissance et la partie de l'enroulement primaire qui lui est associée, et un circuit de commande de commutation (34) apte à fournir à la base desdits transistors secondaires, alternativement, des signaux périodiques déphasés l'un par rapport à l'autre dgune demie période. 6. Dispositif de conversion de tension selon llene quelconque des revendications 3 et 5, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens (17, 37) pour saturer simultanément lesdits transistors secondaires en vue de son arrSte 7. Dispositif de conversion de tension selon l'une quelconques des revendications 3 et 5, caractérisé par le fait que lesdits transistors de puissance (9, 11O, 28, 29) sont des DARLINGTON. 8 Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 à la fourniture dsune tension continue destiné au circuit d'allumage d un moteur de véhicule.