Brevet FR2553238A1 — publié le 19850412

ALIMENTATION ALTERNATIVE SANS COUPURE La présente invention concerne une alimentation alternative sans coupure. En effet de nombreux équipements électroniques doivent être alimentés par une tension sinusoïdale fiable, à savoir par une tension sans perte d'alternances Or la tension alternative fournie par le secteur ne présente généralement pas cette caractéristique. En conséquence, l'alimentation électrique de ces équipements électroniques est le plus souvent réalisée à l'aide d'alimentations alternatives donnant en sortie une tension sinusoïdale identique à celle du secteur mais sans perte d'alternances Les alimentations de ce type actuellement sur le marché sont constituées essentiellement par un onduleur sur les bornes d'entrée duquel sont montés en parallèle un convertisseur alternatif/continu et une batterie. Les batteries habituellement utilisées sont des batteries fournissant, par exemple, une tension de 48 ou de 100 volts qui sont connectées en permanence aux bornes de l'onduleur.De ce fait, pour réaliser l'adaptation des tensions entre les différents éléments et obtenir en sortie une tension alternative correspondant à la tension du secteur, des transformateurs alternatifs doivent être prévus en entrée du convertisseur et en sortie de l'onduleur. En conséquence, les alimentations alternatives sans coupure actuellement disponibles sur le marché présentent un certain nombre d'inconvénients - Elle sont lourdes et volumineuses, ce qui est dû notamment à l'utilisation de transformateurs alternatifs, généralement de transformateurs 50 Hert - 11 existe des risques de surcharge de la batterie dûs à son montage En effet le courant de charge de la batterie dépend de la puissance de sortie puisqu'il est la différence entre le courant maximal pouvant être débité par le convertisseur et le courant consommé par l'onduleur. - De plus, le rendement global de ce type d'alimentation est faible. La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un nouveau type d'alimentations alternatives sans coupure. Ainsi, la présente invention a pour objet une alimentation alternative sans coupure du type comportant un redresseur recevant en entrée une tension alternative, un dispositif de filtrage, un convertisseur continu/continu et un onduleur délivrant en sortie une tension alternative sans coupure caractérisée en ce qu'elle comporte de plus un moyen pour obtenir en entrée de l'onduleur une tension continue supérieure aux valeurs crêtes des tensions alternatives d'entrée et de sortie D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecttire- de la description de divers modes de réalisation faite avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels:: - la figure 1 est un schéma sous forme de blocs d'une alimentation alternative sans coupure selon l'art antérieur - la figure 2 est un schéma sous forme de blocs d'une alimentation alternative sans coupure conforme à la présente inventison; - la figure 3 représente les différents circuits de l'alimentation alternative sans coupure de la figure 2; - la figure 4 est une courbe fonction du temps de la tension de découpage appliquée sur la grille des transistors de commutation de l'onduleur représenté sur les différentes figures Sur les différentes figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments D'autre part dans la description ci-après, on se référera à une tension efficace sinusoïdale de 220 Volts présentant une fréquence de 50 Hz, car cette tension est la tension actuellement fournie par le secteur.Toutefois, il est évident pour l'homme de l'art que notre invention peut s'appliquer à d'autres tensions sinusoïdales et à d'autres fréquences La figure 1 représente schématiquement une alimentation alternative sans coupure conforme à l'art antérieur. Cette alimentation est constituée par un convertisseur 1 AC/DC -(pour courant alternatif/courant continu) qui transforme la tension alternative de 220 V fournie par le secteur en une tension continue d'environ 50 V. Sur les bornes de sortie du convertisseur 1 est monté un onduleur 2 qui fournit à partir de la tension continue appliquée sur ses bornes d'entrée une tension alternative de sortie 220 V, 50 Hz sans coupure. Comme représenté schématiquement sur la figure 1, L'onduleur utilisé est constitué, de préférence, par un montage en pont de quatre transistors de commutation Q1, Q2, Q3, Q4 dont le fonctionnement sera expliqué de manière plus détaillée avec référence à la figure 3. Dans ce cas, entre les bornes BD à courant alternatif du pont est monté un transformateur T1 qui permet l'obtention à travers une cellule de filtrage, d'une tension alternative 220 V, 50 Hz à partir d'une tension continue Cette cellule de filtrage est constituée, dans le mode de - réalisation représenté, d'une self L1 montée en série avec le secondaire du transformateur T1 et d'une capacité C1 connectée en parallèle entre la self L1 et l'autre borne du secondaire Le transformateur T1 utilisé dans ce cas est un transformateur 50 Hz et présente l'inconvénient d'être encombrant D'autre part une batterie 3, de 48 Volts par exemple, est connectée en permanence sur les bornes d'entrée de l'onduleur. Le rôle de cette batterie est uniquement de suppléer aux défaillances du secteur. Toutefois, celle-ci étant connectée en permanence, elle est mal utilisée comme mentionné dans l'introduction de la présente demande. On décrira donc maintenant avec référence aux figures 2 et 3 une alimentation alternative sans coupure qui permet de remédier aux inconvénients de l'alimentation alternative de la figure 1. Comme représenté schématiquement sur la figure 2, cette alimentation est constituée essentiellement d'un dispositif de redressement et de filtrage 4 qui permet d'obtenir-à partir d'une tension alternative de 220 V fournie par le secteur une tension continue d'au moins 280 V, en-général une tension continue d'environ 310 V. La tension continue d'environ 310 V est envoyée sur un convertisseur DC/DC (continu/continu) 5 qui donne en sortie une tension continue d'environ 50 Volts Conformément à la présente invention, la sortie du convertisseur 5 est connectée en série avec le dispositif de filtrage de manière à obtenir sur les bornes de sortie EF une tension continue d'au moins 330 V.Entre les bornes EFest monté un onduleur 6 constitué comme l'onduleur 2 de la figure 1 par un montage en pont de quatre transistors de commutation Q1, Q2, Q3, Q4. Toutefois, dans ce cas, la tension continue appliquée en entrée de l'onduleur étant choisie pour correspondre directement à la tension alternative que l'on souhaite obtenir en sortie, il n'est plus nécessaire de monter un transformateur entre les bornes BD a courant alternatif du pont Un filtre constitué d'une self L2 connectée en série avec une capacité C2 est donc monté entre les bornes BD et l'on obtient la tension alternative souhaitée aux bornes GH de ladite capacité Cy D'autre part tine batterie 3 qui peut être par exemple une batterie au cadmium-nickel, est connectée par l'intermédiaire d'un interrupteur K entre les bornes d'entrée A et C de l'onduleur. L'interrupteur K est fermé uniquement en cas de panne du secteur. De plus, un chargeur de batterie GI fonctionnant à courant constant est connecté à la borne + de la batterie 3 pour en assurer la recharge lorsque l'interrupteur K est ouvert De manière plus détaillée et comme représenté à la figure 3, le dispositif de redressement et de filtrage est constitué par un montage en pont de type connu comportant quatre diodes D1, D2, D3, D4. La tension alternative du secteur est appliquée sur les bornes A'C' du montage en pont par l'intermédiaire d'un filtre de réjection 7 et d'un fusible g Le filtre de réjection 7 est constitué de manière connue par deux selfs L et L' connectées en série respectivement sur chaque borne d'entrée du pont redresseur et par deux capacités C, C' montées en parallèle sur les bornes d'entrée du montage en pont de chaque coté des selfs L, L'.De plus, deux capacités C", C" sont prévues entre chaque borne d'entrée et la masse. La tension redressée obtenue aux bornes B'D' du pont redresseur est filtrée par le condensateur de filtrage C3 connecté en parallèle sur les bornes B' D'. On obtient donc en sortie du dispositif de redressement et de filtrage une tension continue d'environ 310 V. Cette tension est appliquée à l'entrée d'un- convertisseur DC/DC 5 qui est constitué, dans le mode de réalisation représenté, par un convertisseur dit "flyback". Ce convertisseur comporte de manière connue un transistor de commutation Q5 de type NPN monté en série avec le primaire d'un transformateur T2 entre les bornes B' D' du dispositif de redressement et de filtrage et un redresseur de sortie monté aux bornes du secondaire du transformateur T2 et constitué par une diode D5 montée en série avec une des bornes du secondaire et un condensateur C4 monté en parallèle entre la cathode de la diode D5 et l'autre borne de sortie du secondaire.D'autre part, la base du transistor Q5 est -connectée à un circuit de controle s permettant de bloquer ou de rendre conducteur le transistor Q5 De ce fait, pendant la conduction- du transistor Q5, l'énergie est stockée au primaire du transformateur T2 puis elle est transférée au secondaire dudit transformateur pendant le blocage du transistor pour donner aux bornes Fl du condensateur C4 une tension sensiblement continue de 50 Volts, par exemple, en fonction de la valeur des différents éléments constituant le convertisseur. De plus, pour faciliter la commutation du transistor Q5, un réseau d'aide à la commutation est monté en parallèle entre le collecteur et l'émetteur dudit transistor. Ce réseau est constitué d'une diode D6 montée en parallèle avec une résistance R, l'en- semble étant connecté en série à une capacité Cg Conformément à la présente invention, la sortie du convertisseur est connectée en série avec le dispositif de filtrage. De ce fait, on obtient entre les bornes EF du circuit une tension continue minimum d'environ 330 Volts Cette tension continue est appliquée sur les bornes à courant continu AC de l'onduleur. Cet onduleur est constitué par un montage en pont de quatre transistors de commutation Q1, Q2, Q3, Q4.De manière spécifique, il est constitué par deux transistors MOS de puissance Q1 Q2 fonctionnant à la fréquence de découpage et deux transistors bipolaires Q3, Q4 commutant à la fréquence de sortie, à savoir à une fréquence de 50 Hz dans le mode de réalisation décrit Les grilles des deux transistors MOS Q1, Q2 sont connectées à un circuit de contrôle fournissant une tension de découpage telle que représentée à la figure 4.Les transistors Q3 et Q4 sont commandés par des transformateurs T3 fonctionnant avec des ondes carrées de fréquence 50 Hz D'autre part pour compenser la différence de phase existant entre le courant et la tension en sortie de l'onduleur, des diodes D7, D8, Dg, D10 sont montées aux bornes des transistors Q1, Q2'-Q3' Q4 Comme décrit avec référence à la figure 2, l'onduleur de la figure 3 comporte entre ses bornes à courant alternatif BD, un filtre constitué d'une self L2 connectée en série avec une capacité C2, la tension alternative souhaitée étant obtenue aux bornes GH de la capacité C2. Le fonctionnement de ce type d'onduleur étant parfaitement connu de l'homme de métier, il ne sera pas redécrit dans la présente demande. L'alimentation décrite avec référence aux figures 2 et 3 présente l'avantage de ne pas comporter de transformateur 50 Hz Il en résulte qu'elle est bien moins lourde et volumineuse que les alimentations du même type actuellement disponibles sur le marche D'autre part, elle présente un très bon rendement La description a eté faite en se référant à un certain type de circuit pour le dispositif de redressement et de filtrage,- pour - le convertisseur DC/DC et pour l'onduleur. Toutefois, il est évident pour l'homme de l'art que d'autres types de circuits peuvent être utilisés sans sortir du cadre de la présente invention. Ainsi on pourrait utiliser un convertisseur dit "forward"à la place du convertisseur dit "flyback". REVENDICATIONS 1. Une alimentation alternative sans coupure du type comportant un redresseur (4) recevant en entrée une tension alternative, un dispositif de filtrage (C3) > un convertisseur (5) continuicontinu et un onduleur (6) délivrant en sortie une tension alternative sans coupure caractérisée en ce qu'elle comporte de plus un moyen pour obtenir en entrée (AC) de l'onduleur (6) une tension continue supérieure aux valeurs crêtes des tensions alternatives d'entrée et de sortie 2 Une alimentation selon la revendication 1 caractérisée en ce que le moyen pour obtenir en entrée de l'onduleur (6) une tension continue supérieure aux valeurs crêtes des tensions alternatives d'entrée et de sortie est constitué par le montage en- série -de la sortie du convertisseur (5) continu/continu avec le dispositif de filtrage (C3i 3. Une alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisée en ce qu'un filtre LC(L2 C2) est prévu directe ment entre les bornes (BD) à tension alternative de 1'onduleur, la tension alternative de sortie étant obtenue aux bornes de la capacité (C2) du filtre LC 4. Une alimentation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce qu'une batterie (3) est connectée en parallèle sur les bornes d'entrée de l'onduleur (6) par rirtermédiaire d'un interrupteur (K), ledit interrupteur étant fermé uniquement lorsque la tension alternative d'entrée est interrompue