Brevet FR2558655A1 — publié le 19850726

CONVERTISSEUR COURANT CONTINU-COURANT CONTINU L'invention concerne en général les convertisseurs courant continucourant continu, et plus particulièrement leur régulation précise. Un convertisseur courant continu-courant continu sert à fournir une tension continue constante pour fournir de l'énergie ou un potentiel de fonctionnement à un dispositif de charge. La sortie d'un hacheur ou générateur de forme d'onde impulsionnelle alimente l'enroulement primaire d'un transformateur, la tension secondaire de celui-ci étant redressée et filtrée, et la tension de sortie étant déterminée par le coefficient d'utilisation du générateur d'impulsions et par le rapport de transformation ou rapport entre le nombre de spires du transformateur. Afin d'obtenir une tension de sortie continue cons- tante, on utilise une sorte de montage à réaction pour modifier le coefficient d'utilisation pour le cas o la tension de sortie viendrait à s'écarter de sa valeur voulue. Normalement, une partie de la tension de sortie alimente directement le générateur d'impulsions pour la fonction de réaction qui est de maintenir une tension de sortie constante. Il existe cependant de nombreux cas dans lesquels, pour diverses raisons, le côté charge du transformateur doit absolument être isolé du côté entrée du transformateur. Ces raisons comprennent, à titre d'exemple, la prévention des courants circulants qui pourraient détruire des composants, la prévention des champs indésirables qui pourraient créer des risques pour la santé, ou encore l'isolement bilatéral des bruits. Dans les cas o l'isolement entre la sortie et l'entrée doit absolument être maintenu, le circuit de réaction ne constitue pas une connexion directe. Les montages à réaction isolés comprennent l'utilisation de coupleurs opti- ques pour transférer le signal de réaction du côté sortie au côté entrée, ou bien d'autres sorties qui nécessitent une - 2 - certaine énergie supplémentaire pour fonctionner. Ces montages électriques ont tendance à être sensibles à la température et plus ou moins non linéaires, avec pour résultat une régulation moins que précise. La présente invention a pour objectif principal de fournir un convertisseur du type décrit dans lequel la sortie est isolée de l'entrée par un montage qui ne nécessite aucune énergie externe, qui utilise un nombre minimal de composants, et qui est extrêmement linéaire. En conséquence, il est fourni un appareil qui comporte un circuit destiné à engendrer une forme d'onde impulsionnelle dont le coefficient d'utilisation est variable. Ce signal de forme d'onde impulsionnelle est appliqué à l'enroulement primaire d'un transformateur, dont l'enroulement secondaire est redressé et filtré pour alimenter un dispositif de charge par l'intermédiaire d'une sortie. Un moyen a transistor est monté aux bornes de la sortie et est branché et coupé en réponse au signal impulsionnel de l'enroulement secondaire. Un moyen isolé électriquement de ce moyen à transistor et excité par sa conduction et sa non-conduction est prévu pour engendrer un signal de réaction indicatif de la tension de sortie continue. Ce signal de réaction est échantillonné, ou bien sa crête est détectée,et est appliqué en retour au circuit pour régler son coefficient d'utilisation si la tension de sortie s'écarte de sa valeur voulue. Des formes de réalisation préférées de l'invention vont maintenant être décrites, uniquement à titre d'exemples, avec référence aux dessins cijoints, sur lesquels: la figure 1 est un schéma simplifié représentant un convertisseur courant continu-courant continu type selon la technique antérieure; la figure 2 est un schéma de montage représentant une forme de réalisation de la présente invention; la figure 3 représente une variante du circuit de la figure 2 permettant une commande de réaction plus précise; -3- la figure 4 est un schéma de montage représentant une autre forme de réalisation de l'invention; et - la figure 5 représente encore une autre forme de réalisation de l'invention. Le convertisseur courant continu-courant continu de la figure 1 comporte un circuit électrique tel qu'une élec- tronique de conversion 10 pouvant fonctionner pour engendrer un signal à forme d'onde impulsionnelle dont on peut faire varier le coefficient d'utilisation. Ce signal est appliqué à l'enroulement primaire d'un transformateur 12 pour diminuer ou augmenter la tension en fonction du rapport entre le nombre de spires du transformateur. L'enroulement secondaire du transformateur est relié à un circuit redresseur 14 qui transforme la forme d'onde impulsionnelle et bidirectionnelle de l'enroulement secondaire en une forme d'onde impulsionnelle unidirectionnelle qui est filtrée par un filtre 16 et qui est délivrée à une sortie 18 sous la forme d'une tension continue constante destinée à alimenter une charge. Une partie de la tension de sortie est échantillonnée par un montage à réaction 20 qui fournit un signal de réaction à l'électronique de conversion 10 pour régler le coefficient d'utilisation si la tension de sortie s'écarte d'une valeur prédéterminée voulue. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, une connexion à réaction directe est inacceptable dans les cas o un isolement électrique est impératif. Un montage amélioré de réaction à isolement qui pallie les inconvénients des montages selon la technique antérieure est représenté sur la figure 2, à laquelle on va maintenant se référer. Sur la figure 2, un circuit électrique sous la forme d'une électronique de conversion 30 peut fonctionner pour fournir un signal de sortie à forme d'onde impulsionnelle et bidirectionnelle. De tels circuits sont bien connus de l'homme de l'art et sont disponibles dans le commerce. Le circuit 30 de la figure 2 comporte une connexion de réaction 31 permettant de régler le coefficient d'utilisation de la - 4 - forme d'onde de sortie, et une connexion 32 de retour ou de terre. Le signal à forme d'onde impulsionnelle et bidirec- tionnelle est appliqué à l'enroulement primaire 34 d'un transformateur T1 ayant un enroulement secondaire 35 à prise centrale dont les extrémités sont reliées à un circuit redresseur composé de diodes 38 et 39 pouvant fonctionner pour transformer la forme d'onde impulsionnelle et bidirec- tionnelle de l'enroulement secondaire en une forme d'onde impulsionnelle et unidirectionnelle qui est filtrée par un dispositif de filtrage comprenant une inductance 42 et un condensateur 43. La tension continue unidirectionnelle résul- tante est disponible aux bornes de sortie 46 et 47 pour connexion à un dispositif de charge. Le montage à réaction isolé comporte un moyen à transistor qui, dans sa forme la plus simple, comprend un transistor bipolaire 50 ayant une première électrode ou électrode émetteur 51, reliée à la borne de sortie 47, une seconde électrode ou électrode collecteur 52, et une troisième électrode ou électrode de commande (base) 53. L'électrode de commande est reliée à l'enroulement secondaire 35 du trans- formateur par l'intermédiaire d'une résistance 54 choisie de telle sorte que le transistor 50 passe d'un état coupé ou non conducteur à un état bien saturé ou conducteur en fonction de la forme d'onde impulsionnelle de l'enroulement secondaire. L'enroulement primaire 58 d'un transformateur T2 est monté dans le circuit collecteur du transistor 50 entre l'électrode collecteur 52 et la borne de sortie 46 et est excité par le branchement-coupure du transistor 50 et de la tension de sortie. Cette opération produit dans l'enroulement secondaire 59 du transformateur T2 une tension dont la grandeur dépend du rapport entre le nombre de spires du transformateur. Une diode 60 est prévue dans le circuit entre les électrodes 51 et 53 afin d'empêcher des dommages à la jonction base-émetteur du transistor 50 pendant les parties négatives de la forme d'onde de commande de la base. La grandeur de la tension dans l'enroulement secon- daire 59 est échantillonnée par un détecteur tel qu'un détecteur de crête, dont un exemple comporte une résistance 62, une diode 63 et un condensateur 64. Le signal de réaction, dont la crête a été détectée, qui apparaît à la jonction de la diode 63 et du condensateur 64 est ensuite appliqué à l'électronique de conversion 30 par la connexion 31 pour faire varier le coefficient d'utilisation de son signal de sortie si la tension de sortie aux bornes 46 et 47 s'écarte d'une valeur prédéterminée. Une résistance 66, montée en circuit entre la connexion de réaction 31 et la connexion de retour 32, conjointement avec l'impédance d'entrée à la connexion de réaction 31, règle la constante d'amortissement du détecteur de crête. La chute de tension aux bornes de la diode 63 est de 0,6 volt environ, variant de 0,25 volt environ sur les extrêmes de température habituels, et si l'on fait en sorte que le rapport entre le nombre de spires du transformateur T2 soit assez grand, la tension résultante est beaucoup plus grande que la variation de tension aux bornes de la diode 63 de manière A réduire au minimum tout défaut de linéarité et à supprimer la nécessité d'une compensation de température. Un montage de commande encore plus précis peut être réalisé conformément à la figure 3, qui reproduit une partie de la figure 2 et comporte les mêmes repères numériques. Mais dans le montage de la figure 3, une diode supplémentaire 63' est incluse dans la ligne de retour et est alimentée par un courant de polarisation par l'intermédiaire d'une résistance 68 reliée à une source de potentiel V+, la chute de tension aux bornes de la diode 63' étant ajoutée à la sortie du détecteur de crête et étant égale à la chute de tension aux bornes de la diode 63 de manière à en assurer la compensation. La figure 4 représente une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle le transistor prend la forme d'un -6- transistor à effet de champ (FET) alors que le transistor 50 de la figure 2 est un transistor bipolaire. Le PET 70 comporte une première et une seconde électrode 71 et 72 qui sont connectées entre les bornes de sortie 47, 46 et comporte en outre une électrode de commande 73 qui est connectée directe- ment à l'enroulement secondaire 35 du transformateur de manière à commuter le FET entre son état conducteur et son état non conducteur. Un avantage du FET est qu'aucun courant de base, et par conséquent aucune énergie d'excitation, n'est nécessaire. Du fait de la présence de la connexion FET et de la résistance 76, le courant qui passe dans le circuit du FET, lorsqu'il est conducteur, est proportionnel à la tension de sortie. Ce courant est détecté par un transformateur de courant 78 qui assure également l'isolement électrique, et la sortie du transformateur de courant est utilisée pour engen- drer le signal de réaction. Cela peut se faire par exemple à l'aide d'un amplificateur opérationnel pouvant fonctionner pour fournir une tension de sortie proportionnelle à la crête du courant fourni par le transformateur de courant 78. Ou bien, et comme l'illustre simplement la figure 4, une résis- tance 80 est montée en circuit pour créer une tension proportionnelle à l'intensité du courant fourni par le transformateur de courant. Cette tension, dont la grandeur est proportionnelle à la tension de sortie et qui est branchée et coupée par le fonctionnement du FET 70, est détectée par le circuit du détecteur de crête comportant une résistance 82, une diode 83 et un condensateur 84, pouvant fonctionner pour fournir un signal de réaction à la connexion 31, ainsi qu'on l'a déjà décrit. La figure 5 est semblable à la figure 2 mais repré- sente un autre détecteur qui peut être utilisé dans le montage de réaction. Ce détecteur 86 est un démodulateur synchrone qui échantillonne la tension de l'enroulement secon- daire 59 lorsqu'elle est à son maximum et la maintient jusqu'à - 7 l'échantillonnage suivant. La fréquence de l'électronique de conversion est utilisée, par l'intermédiaire de connexions 87 et 88, pour que le détecteur fonctionne en synchronisme avec la forme d'onde couplée par le transformateur de réaction T2. L'utilisation du démodulateur synchrone, qui est un circuit bien connu disponible dans le commerce sous forme de "puce" à circuit intégré, est susceptible de permettre une bande passante plus large que les détecteurs déjà décrits. En conséquence, il a été décrit un convertisseur courant continu-courant continu qui assure l'isolement requis entre les c6tés sortie et entrée du transformateur convertis- seur et qui permet une régulation stabilisée et précise de la tension de sortie avec un nombre minimal de composants sans nécessiter aucune source d'énergie auxiliaire. REVENDICATIONS 1. Convertisseur courant continu-courant continu comprenant un transformateur ayant un enroulement primaire et un enroulement secondaire; un circuit électrique raccordé audit enroulement primaire et pouvant fonctionner de manière à lui fournir un signal à forme d'onde impulsionnelle; un circuit redresseur raccordé audit enroulement secondaire et pouvant fonctionner de manière à fournir un signal uni- directionnel à forme d'onde impulsionnelle en réponse audit signal appliqué audit enroulement primaire; une sortie de convertisseur destinée à être connectée à un dispositif de charge; un moyen de filtrage pouvant fonctionner de manière à filtrer le signal de sortie dudit circuit redresseur et à donner audit signal de sortie une tension continue nominalement constante; un moyen à transistor comportant une première électrode, une seconde électrode et une électrode de commande, lesdites première et seconde électrodes étant connectées à ladite sortie et ladite électrode de commande étant connectée audit enroulement secondaire de manière k rendre ledit moyen à transistor conducteur ou non conducteur; un moyen isolé électriquement dudit moyen à transistor et excité par ladite conduction et non-conduction de celui-ci pour fournir un signal de réaction indicatif de la tension de sortie continue; un moyen permettant de détecter ledit signal de réaction; et un moyen servant à appliquer ledit signal détecté audit circuit électrique pour commander le signal de sortie impulsionnel qui est fourni par celui-ci. 2. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit électrique est d'un type capable de faire varier le coefficient d'utilisation de son signal de sortie à forme d'onde impulsionnelle, et ledit signal de réaction est utilisé pour faire varier ledit coefficient d'utilisation. 3. Convertisseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un second transformateur ayant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, l'enroulement primaire dudit second transformateur étant monté en série avec ladite première électrode, et ledit moyen de détection étant connecté à l'enroulement secondaire dudit second transformateur. 4. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit moyen à transistor est un transistor bipolaire, l'électrode de commande dudit transformateur bipolaire étant connectée par l'intermédiaire d'une résistance audit enroulement secondaire du transformateur mentionné en premier. 5. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit moyen de détection est un détecteur de crêtes. 6. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit moyen de détection est un démodulateur synchrone. 7. Convertisseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit moyen à transistor est un transistor à effet de champ dont l'électrode de commande est connectée directement audit enroulement secondaire* 8. Convertisseur selon la revendication T, caractérisé en ce qu'il comporte un transformateur de courant pouvant fonctionner de manière k détecter le courant qui passe dans ledit transistor à effet de champ lorsqu'il est conducteur, courant qui est proportionnel à ladite tension continue, et un moyen utilisant ledit courant pour engendrer ledit signal de réaction. 9. Convertisseur-selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit moyen d'utilisation comporte une résistance montée aux bornes dudit transformateur de courant pour fournir un signal de tension correspondant.