Brevet FR2569066A1 — publié le 19860214

Dispositif de commutation électronique. L'invention concerne un dispositif de commutation électronique comprenant au moins un semiconducteur utilisé en tant qu'élément de commutation pour mettre alternativement en circuit et hors circuit un dispositif utilisateur inductif alimenté par une source de tension continue, ainsi qu'un circuit inverseur de décharge qui comprend un premier condensateur en série avec une première diode montés en parallèle au parcours de commutation de l'élément de commutation de manière que la diode et l'élément de commutation aient la même direction de passage, et une résistance de décharge pour le condensateur, et une diode de roue libre montée de préférence en parallèle avec le dispositif utilisateur. Selon un dispositif de commutation connu de ce type (DE-AS-26 32 381), l'élément de commutation est un transistor. Quand le transistor est rendu passant, ce condensateur se décharge par le transistor puis par la résistance de décharge montée en série avec le condensateur. Quand le transistor est à nouveau bloqué, le condensateur se charge à la tension de la source de tension continue par l'intermédiaire de la première diode montée également en série avec lui. On obtient ainsi ce résultat que la tension collecteur-émetteur du transistor ne monte pas brusquement jusqu'à une tension continue de fonctionnement du dispositif utilisateur avant que le courant collecteur-émetteur ait disparu. Ceci provoque une diminution de la puissance dissipée par le transistor quand il est bloqué. A la fin du processus de blocage, il peut cependant apparattre une surtension dans le transistor quand les conducteurs de liaison entre le dispositif de commutation et la source de tension continue et/ou la source de tension continue elle-même présentent une inductance propre de niveau élevé. Une surtension de ce type est indésirable car elle exige un transistor pouvant être chargé à un niveau élevé correspondant. Du fait que cette surtension est sensiblement proportionnelle à la racine carrée du rapport entre l'inductance propre et la capacité du circuit inverseur de décharge, il serait possible de choisir la capacité du condensateur 256 9066 à un niveau plus élevé pour diminuer la surtension. Mais ceci conduirait à l'emmagasinage d'une énergie de niveau élevé dans le condensateur, qui, lors de la décharge du condensateur par la résistance de décharge, aurait pour conséquence une puissance dissipée d'un niveau élevé correspondant non seulement dans la résistance de décharge mais aussi dans le transistor qui laisse passer le courant de décharge. L'invention a pour but de proposer un dispositif de commutation du type mentionné dans le préambule dans lequel l'élément de commutation n'est pas surchargé et permettant d'obtenir un rendement aussi élevé que possible. Selon l'invention, ce but est atteint du fait que l'on retarde l'application du courant de décharge du premier condensateur jusqu'à ce que le processus de mise en circuit de l'élément de commutation et la commutation du courant du dispositif utilisateur venant de la diode de roue libre et passant par l'élément de commutation soit largement terminé. Ainsi, les pertes de l'élément de commutation lors de sa mise en circuit sont réduites et on évite une surcharge. On peut facilement atteindre ce résultat en faisant en sorte qu'au moins une bobine de self de commutation soit montée en série avec la diode de roue libre, et que la résistance de décharge soit raccordée d'une part entre la bobine de self de commutation et la diode de roue libre et d'autre part entre le premier condensateur et la-première diode. Grace à cet agencement, l'effet de la bobine de self de commutation est d'une part que lors de la mise en circuit de l'élément de commutation un courant de roue libre continue de circuler par la diode de roue libre qui est en parallèle avec le dispositif utilisateur, que le courant qui passe par l'élément de commutation ne peut passer pendant la durée de retard de blocage de la diode de roue libre en direction du blocage par la diode de roue libre, ce qui pourrait provoquer s'il n'y avait pas la bobine de self de commutation une surcharge sensible de l'élément de commutation pendant la durée de retard de blocage de la diode de roue libre, et par ailleurs le fait que le condensateur du circuit inverseur de décharge ne se décharge que lorsque la diode de roue libre est bloquée, c'est-à-dire quand le courant de roue libre du dispositif utilisateur qui passe par la diode de roue libre est amorti. Du fait du retard du processus d'amortissement du courant de roue libre déterminé par la bobine de self de commutation, le processus de décharge du condensateur est également retardé et il en résulte que l'élément de commutation ne se décharge pas en plus et immédiatement au moment de la mise en circuit par le courant de décharge du condensateur. On peut en outre faire en sorte qu'un autre circuit série constitué par un second condensateur et une seconde diode soit monté en parallèle au parcours de commutation de l'élément de commutation et que le second condensateur soit continuellement maintenu à l'état chargé par une source de tension de charge au moins Jusqu'à une tension prédéterminée et soit déchargé à nouveau jusqu'à cette tension lors de la mise hors circuit de l'élément de commutation. Lorsqu'apparatt alors, du fait de l'inductance propre au moment de la mise hors circuit de l'élément de commutation, dans l'élément de commutation une tension qui dépasse la tension de charge du second condensateur, la seconde diode devient conductrice, ce qui fait que le second condensateur est pratiquement monté en parallèle au premier condensateur et que la capacité totale du circuit inverseur de décharge est augmentée en proportion. Ceci provoque une plus faible surtension du fait qu'elle diminue quand la capacité augmente. En raison de la plus faible tension de charge du premier condensateur qui en découle, la puissance dissipée par la première résistance de décharge est également plus faible. Comme en outre le second condensateur n'est pas totalement déchargé mais comme la tension de la source de tension continue se maintient, il suffit seulement de réduire la surtension au second condensateur. De ce fait, les pertes de décharge provoquées éventuellement par le second condensateur sont également relativement faibles. En outre, la capacité du premier condensateur peut être maintenue à une valeur relativement basse et de ce fait la surtension nuisible peut être limitée sans que l'élément de commutation soit surchargé par les courants de décharge. De préférence, la tension de la source de tension de charge est égale à la tension de fonctionnement du dispositif utilisateur. En particulier, la source de tension continue peut former la source de tension de charge du second condensateur. Dans ce cas, une source de tension de charge séparée devient inutile. La liaison entre le second condensateur et la seconde diode peut alors être établie par l'intermédiaire d'une seconde résistance de même p6le que celui de la source de tension continue qui n'est pas le plus proche de l'élément de commutation. Dans ce cas, la tension de la source de tension continue est continuellement appliquée au circuit série constitué par le second condensateur et la seconde résistance, ce qui fait que le second condensateur ne peut pas se décharger au-dessous de la tension de la source de tension coftinue. Pour éviter des pertes additionnelles par un circuit de roue libre parallèle à la bobine de self de commutation, l'énergie emmagasinée dans cette bobine de self de commutation peut être utilisée par l'intermédiaire d'une diode' pour l'alimentation en courant. Dans ce cas, la source de tension continue peut être reliée par la troisième diode à un enroulement secondaire de la bobine de self de commutation, ce qui fait que l'énergie de cette bobine de self de commutation est renvoyée à la source de tension continue. Une autre possibilité consiste à relier le condensateur d'accumulation d'un dispositif d'alimentation de courant par la troisième diode à la cathode de la diode de roue libre. Dans ce cas, un enroulement secondaire de la bobine de self de commutation est inutile. L'énergie emmagasinée dans la bobine de self de commutation lors de la décharge du premier condensateur est donc ainsi rendue au moins partiellement utilisable, ce qui fait que les pertes provoquées par le circuit inverseur de décharge sont également réduites de façon correspondante. L'invention et ses caractéristiques vont maintenant être décrites plus en détail à l'aide de modes de réalisation préférés et en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est un schéma de principe d'un premier dispositif d'alimentation de courant comprenant un dispositif de commutation selon l'invention fonctionnant à la manière d'un vibrateur, la figure 2 est un schéma de principe d'un dispositif d'alimentation de courant comprenant un second mode de réalisation d'un dispositif de commutation selon l'invention. Le dispositif d'alimentation de courant selon la figure 1 comprend une source de tension continue 1 et un dispositif de commutation 2 selon l'invention, un dispositif utilisateur inductif 3 étant raccordé de façon intermittente par le dispositif de commutation 2 à la source de tension continue 1. Dans ce but, le dispositif de commutation 2 est mis périodiquement en circuit et hors circuit par les impulsions de commande d'un étage de commande 4. La source de tension continue 1 comprend une batterie 5 ou analogue, par exemple un redresseur alimenté par le courant alternatif du réseau et un condensateur tampon ou de lissage 6. Le dispositif de commutation 2 est monté entre le p8le plus (+) de la source de tension continue 1 et le dispositif utilisateur 3 et contient un élément de commutation commandable 7 se présentant sous la forme d'un transistor (éventuellement plusieurs transistorsmontésen circuit Darlington ou un thyristor tel qu'un thyristor de coupure) et un circuit inverseur de décharge 8 comportant un condensateur 9 et une diode 10 montés en série et parallèle au parcours de commutation de l'élément de commutation 6 (parcours collecteur-émetteur du transistor). En outre, le circuit inverseur de décharge 8 comprend un circuit série constitué par une diode de roue libre 11 et une bobine de self de commutation 12 parallèle au dispositif utilisateur 3. Une résistance de décharge 13 destinée au condensateur 9 est raccordée d'une part entre le condensateur 9 et la diode 10 et d'autre part entre la diode de roue libre 11 et la bobine de self de commutation 12. En outre, un circuit série constitué par un second condensateur 14 et une seconde diode 15 est monté en parallèle au parcours de commutation, dont la liaison est reliée par une seconde résistance ohmique 16 au p8le de la source de tension continue qui n'est pas le plus proche de l'élément de commutation 7, et dans le cas présent le p8le moins (-). Un circuit série constitué par une résistance ohmique 17 et une autre diode de roue libre 18 est donc monté en parallèle à la bobine de self de commutation 12. Le dispositif utilisateur 3 comprend un enroulement 19, par exemple un moteur électrique, en série avec une résistance ohmique 20, qui peut également représenter la perte de l'enroulement 19. Entre l'élément de commutation 7 et le dispositif utilisateur 3 peut en outre être montée une bobine de self de lissage 21. Les conducteurs de liaison entre la source de tension continue 1 et le dispositif de commutation 2 possèdent une inductance propre qui est représentée sous, forme de la bobine 22. Cette bobine 22 peut également représenter les inductances éventuelles des enroulements du transformateur et des bobines de self contenues dans la source de tension continue 1, ainsi que leurs inductances de fuite. L'étage de commande 4 est également alimenté en courant par la source de tension continue 1. On va maintenant expliquer plus en détail le mode de fonctionnement du circuit selon la figure 1. Aussi longtemps que le transistor 7 est passant, un courant circule par son parcours collecteur-émetteur jusqu'au dispositif utilisateur 3. Dès que l'impulsion de commande de l'étage de commande 4 qui maintient le transistor 7 passant disparaît, le courant qui passe par le parcours collecteur-émetteur diminue de façon sensiblement linéaire. Dans le même temps, l'enroulement 19 commence à se décharger par la diode de roue libre 11 et la bobine de self de commutation ainsi que par la résistance 17 et la diode de roue libre 18. Le condensateur 9 s'est déchargé quand le transistor 7 était à l'état passant par l'intermédiaire de ce dernier, de la bobine de self de commutation 12 et de la résistance 13 et commence alors à se charger jusqu'à la tension de fonctionnement U par la diode 10 et la résistance 13. On est ainsi assuré que la tension collecteurémetteur du transistor 7 ne monte que graduellement et qu'une surcharge du transistor 7 est évitée aussi longtemps que le courant collecteurémetteur n'a pas encore été amorti. Le condensateur 14 est encore chargé au niveau de la tension de fonctionnement U du fait qu'il est constamment relié à la source de tension continue 1 par la résistance 16, ce qui fait qu'il ne peut se décharger au-dessous de la tension de fonctionnement U par le transistor 7 même quand ce transistor est passant. Le condensateur 14 augmente la capacité d'ensemble du circuit inverseur de décharge 8. Ceci assure que la tension appliquée au condensateur 9 et de ce fait au parcours collecteur-émetteur du transistor 7 ne peut pas dépasser sensiblement la tension de fonctionnement U. Car sans le condensateur 14, la diode 15 et la résistance 16, le circuit oscillant comprenant l'inductance 22 et le condensateur 9 laisserait apparaître une surtension relativement importante au condensateur 9. Il est vrai que cette surtension pourrait être réduite par augmentation de la capacité du condensateur 9 mais une énergie importante en proportion serait alors emmagasinée dans le condensateur à chaque processus de charge et serait consommée de façon inutile par décharge dans la résistance 13. Le condensateur 14 ne se charge par contre que de la valeur d'une surtension quelconque par rapport à la tension de fonctionnement U et se décharge à nouveau jusqu'au niveau de la tension de fonctionnement U, et l'on peut voir que la puissance dissipée de ce fait dans la résistance 16 est plus faible que la puissance dissipée additionnellement dans la résistance 13 quand les composants 14 à 16 sont éliminés et la capacité du condensateur 9 montée à une valeur pour laquelle la surtension présente la m9me faible valeur que lorsque les composants 14 à 16 sont présents. Lorsque le condensateur 9 a été chargé, le transistor 7 est à nouveau rendu passant par l'impulsion de commande suivante provenant de l'étage de commande 4. Quand le courant de décharge du dispositif utilisateur 3 n'est pas encore amorti à ce moment. c'est-à-dire quand un courant de roue libre continue à circuler par la diode de roue libre 11, un courant de recouvrement inverse (ou blocage différé) relativement plus important pourrait circuler dans la direction du blocage sans la bobine de self de commutation 12 pendant la durée de recouvrement inverse de la diode de roue libre 11 et par cette drnire, et ce cusant provoquent unlme charge additionnelle et éventuellement une surcharge du transistor 7. La bobine de self de commutation 12 est donc prévue pour amortir un courant de recouvrement inverse de ce type et pour faire en sorte qu'ait lieu une commutation douce du courant du dispositif utilisateur par la diode de roue libre 11 et le transistor 7. En outre, le condensateur 9 ne- peut se décharger que lorsque le courant de décharge du dispositif utilisateur 3 qui passe en partie par la bobine de self de commutation 12 est sensiblement ou totalement amorti, du fait que le courant de décharge du condensateur 9 tend à passer par la bobine de self de commutation 12 dans le sens inverse au courant de décharge du dispositif utilisateur 3. Ceci signifie que le courant de décharge du condensateur 9 ne s'établit que lorsque le courant de décharge du dispositif utilisateur 3 qui passe par la diode de roue libre 11 est largement amorti et que le transistor 7 est totalement passant. Une surcharge du transistor 7 pendant son passage de son état bloqué à son état totalement passant est de ce fait également évitée par un courant de décharge additionnel du condensateur 9. Dès que ce condensateur 9 est déchargé par la bobine de self de commutation 12, l'énergie emmagasinée dans la bobine de self de commutation 12 diminue sensiblement par la diode de roue libre 18 et la résistance 17 du fait que la valeur de la résistance 13 est sensiblement plus élevee que celle de la résistance 17. Le mode de réalisation de la figure 2 se différencie de celui de la figure 1 seulement du fait-que le circuit inverseur de décharge 8' du dispositif de commutation 2' comprend à la place de la résistance 17 un enroulement secondaire 23 couplé magnétiquement à la bobine de self de commutation 12, cet enroulement étant relié à la source de tension continue 1 par la diode 18 qui se comporte alors commuse un redresseur, ce qui fait que l'énergie de décharge du condensateur 9 est utilisée pour l'alimentation en courant. Il est également possible de transmettre directement l'énergie de la bobine de self de commutation par une diode dans un condensateur d'accumulation dont la charge est utilisée sensiblement à elle seule pour l'alimentation en courant d'un -circuit,. tel que l'étage de commande 4. Dans ce cas, il suffit simplement de prévoir au début du fonctionnement une charge de début du condensateur d'accumulation par un circuit de démarrage approprié. Ensuite, l'alimentation en courant a lieu au moyen de l'énergie de décharge de la bobine de self de commutation. Les dispositifs de commutation 2 et 2' peuvent être également utilisés dans un inverseur statique polyphasé selon un mode d'exécution multiple. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commutation électronique comprenant au moins un semiconducteur utilisé en tant qu'élément de commutation pour mettre alternativement en circuit et hors circuit un dispositif utilisateur inductif alimenté par une source de tension continue ainsi qu'un circuit inverseur de décharge qui comprend un premier condensateur en série avec une première diode montés en parallèle au parcours de commutation de l'élément de commutation de manière que la diode et l'élément de commutation aient la même direction de passage, et une résistance de décharge pour le condensateur, et une diode de roue libre montée de préférence en parallèle avec le dispositif utilisateur, caractérisé en ce que l'on retarde l'application du courant de décharge du premier condensateur (9) jusqu'à ce que le processus de mise en circuit de l'élément de commutation (7) et la commutation du courant du dispositif utilisateur venant de la diode de roue libre (11) et passant par l'élément de commutation (7) soit largement terminé. 2. Dispositif de commutation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une bobine de self de commutation (12) est montée en série avec la diode de roue libre (11), et en ce que la résistance de décharge (13) est raccordée d'une part entre la bobine de self de commutation (12) et la diode de roue libre (11) et d'autre part entre le premier condensateur (9) et la première diode (10). 3. Dispositif de commutation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un autre circuit série constitué par un second condensateur (14) et une seconde diode (15) est monté en parallèle au parcours de commutation de l'élément de commutation (7) et en ce que le second condensateur (14) est maintenu continuellement à l'état chargé par une source de tension de charge au moins jusqu'à une tension prédéterminée et est déchargé à nouveau jusqu'à cette tension lors de la mise hors circuit de l'élément de commutation (7). 4. Dispositif de commutation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tension de la source de tension continue est égale à la tension de fonctionnement (U) du dispositif utilisateur (3). 5. Dispositif de commutation selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la liaison entre le second condensateur (14) et la seconde diode (15) est établie par l'intermédiaire d'une seconde résistance (16) de même p8le (-) que celui de la source de tension continue (1) qui n'est pas le plus proche de l'élément de commutation (7) 6. Dispositif de commutation selon la revendication 2 et éventuellement selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'énergie emmagasinée dans la bobine de self de commutation (12) est utilisée pour l'alimentation de courant par l'intermédiaire d'une troisième diode (18). 7. Dispositif de commutation selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source de tension continue (1) est reliée par la troisième diode (18) à un enroulement secondaire (23) de la bobine de self de commutation (12). 8. Dispositif de commutation selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un condensateur d'accumulation d'un dispositif d'alimentation de courant est relié par la troisième diode (18) à la cathode de la diode de roue libre (11).