Brevet FR2565046A1 — publié le 19851129

Circuit de commande de fréquence pour un système d'alimentation électrique et système d'alimentation électrique muni d'un tel circuit La présente invention concerne un circuit de commande de fréquence pour un système d'alimentation électrique et, en particulier, les circuits de commande de fréquence qui sont utilisés pour commander la fréquence de sortie d'un onduleur électronique. Les circuits onduleurs tels que ceux que l'on trouve dans les systèmes d'alimentation à fréquence constante et à vitesse variable (VSCF) de boucle de liaison à courant continu comprennent une multiplicité d'éléments de commu- tation de pôles d'alimentation qui fonctionnement suivant une combinaison ou modèle de commutation fixe engendré par un microprocesseur ou autre circuit numérique. Ces systèmesutilisent un oscillateur à cristal comme référence de fréquence pour régler la fréquence de sortie de l'onduleur de manière qu'elle se situe dans des limites inférieures à 0,05 % de 400 Hz, par exemple. Dans certaines applications tels que les systèmes d'alimentation pour des aéronefs, il est souhaitable de faire fonctionner l'onduleur en parallèle avec une autre source tel qu'un groupe d'alimentation mobile. Pour permettre le fonctionnement momentané en parallèle d'un système VSCF avec une source d'énergie extérieure en vue d'un transfert continu d'énergie électrique, il est nécessaire d'imposer à la sortie de l'onduleur VSCF une synchronisation avec la source d'alimentation extérieure. Une source d'alimen- tation mobile typique peut être sujette à des variations importantes de fréquence, par exemple de l'ordre de + 5 % de 400 Hz. Pour suivre ces variations de fréquence, l'onduleur VSCF exige un signal de référence de fréquence variable. Bien que l'on dispose d'oscillateurs à cristaux commandés en tension, ceux-ci fonctionnent généralement sur une faible plage de + 0,1 % par exemple. On peut concevoir des oscillateurs commandés en tension et ne comportant pas de cristal de manière qu'ils fonctionnent dans n'importe quelle plage de fréquence. Toutefois, dans la plage de 3 k 6 MHz, les oscillateurs commandés en tension utilisent des diodes d'accord du type varactor dans des circuits résonants pour modifier la fréquence. Ces circuits ont recours k de très petits condensateurs et à de très petites inductances et, par conséquent, sont sensibles aux limitations de conception et de réalisation. Ils sont également sensibles aux vernis et à l'humidité et doivent être compensés en température. Par conséquent, les oscillateurs commandés en tension destinés k être utilisés dans des applications d'alimentation électrique pour aéronefs sont relativement compliqués et occupent un espace relativement grand. Selon la présente invention, un circuit de commande de fréquence d'un système d'alimentation électrique comprend une borne d'entrée destinée k recevoir un signal d'horloge comprenant une multiplicité d'impulsions de tension qui apparaissent k une fréquence fixe, un oscillateur commandé en tension pour produire un signal de sortie comprenant une multiplicité d'impulsions de tension qui apparaissent k une fréquence variable, en fonction d'une tension de commande appliquée, et un moyen pour commander le passage dudit signal d'horloge de manière k produire un - si g n al d ' ho r lo ge m odifié en laissant passer les impulsions de tension dudit signal d'horloge vers une borne de sortie de telle sorte que chaque impulsion de tension du signal d'horloge qui vient immédiatement à la suite d'une impulsion de tension de signal de sortie d'oscillateur commandé en tension soit inhibée. De façon appropriée, on peut utiliser le circuit de commande de fréquence pour commander la fréquence de sortie d'un onduleur VSCF d'un circuit de liaison k courant continu avec une stabilité qui est presque aussi bonne que celle d'un oscillateur k cristal. On obtient ce résultat par la combinaison d'un signal d'horloge commandé par un cristal avec un signal basse fréquence produit par un oscillateur commandé en tension. Un circuit de commande de fréquence réalisé selon la présente invention comprend: une borne d'entrée destinée à recevoir un signal d'horloge comprenant une multiplicité d'impulsions d'horloge qui apparaissent à une fréquence fixe; un oscillateur commandé en tension pour produire un signal de sortie comprenant une multiplicité d'impulsions de tension qui apparaissent à une fréquence variable, en fonction d'une tension de commande appliquée; et un moyen pour commander le passage du signal d'horloge de manière à produire un signal d'horloge modifié en laissant passer le signal d'horloge vers une borne de sortie de telle sorte que chaque impulsion de tension de signal d'horloge qui vient immédiatement à la suite d'une impulsion de tension provenant de l'oscillateur commandé en tension soit inhibée, Quand on utilise ce circuit de commande de tension pour commander la sortie d'un onduleur, la tension de commande appliquée à l'oscillateur commandé en tension représente la différence entre la fréquence de sortie normale de l'onduleur et la fréquence d'une source d'alimentation extérieure, Ce système procure un ajustement de fréquence sans nécessiter d'oscillateur à fréquence principale variable. On va maintenant décrire la présente invention à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure I est un schéma synoptique d'un circuit de commande de fréquence réalisé selon un premier mode de réalisation; la figure 2 est une série de formes d'ondes illustrant le fonctionnement du circuit de la figure 1; la figure 3 est un schéma d'une variante de mode de réalisation; la figure 4 est un schéma d'un circuit onduleur comprenant la présente invention; et la figure 5 est une courbe montrant les caractéristiques de sortie du circuit de la figure 4. La figure i est un schéma synoptique d'un circuit de commande de fréquence. Ce circuit comprend un oscillateur commandé en tension et présentant une fréquence de sortie relativement basse, par exemple O à 10 % de la fréquence de sortie de l'oscillateur 12 à cristal. L'oscillateur 10 commandé en tension reçoit une tension de commande, laquelle peut être une tension continue, sur une borne d'entrée 14 et engendre un signal de sortie comprenant une multiplicité d'impulsions de tension qui apparaissent k une fréquence variable en fonction de la tension de commande appliquée. Un premier circuit bistable, tel qu'un basculeur Z1 du type D, reçoit le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension (OCT) sur la borne Ci. Un signal logique haut est maintenu sur la borne 16 de sorte que l'entrée D1 de données voit continuellement un signal logique haut. Par conséquent, les impulsions de sortie de l'OCT place le basculeur Z1 à l'état un, de sorte que sa sortie Q1 reste haute et amène un second circuit bistable, tel qu'un basculeur Z2 du type D, k placer sa sortie Q2 à l'état haut lorsque l'impulsion d'horloge suivante arrive sur la borne d'entrée C2. L'oscillateur 12 à cristal produit un signal de sortie qui comprend une multiplicité d'impulsions de tension apparais- sant à une fréquence fixe sur la borne 18. Lorsque la sortie Q2 passe k l'état haut, la sortie 2 passe k l'état bas en remettant k zéro la sortie Qj du basculeur Zl. L'impulsion d'horloge suivante ramène alors k zéro la sortie Q2 du basculeur Z2. Par conséquent, la sortie Q2 passe k l'état haut pendant exactement un cycle de la fréquence d'horloge chaque fois qu'une impulsion de sortie de l'OCT apparaît. La logique de la figure 1 engendre deux sorties sur les bornes 20 et 22, respectivement. Si l'inverseur commandé comprend un microprocesseur, la borne 22 peut être considérée comme étant une sortie Attente qui est reliée k l'entrée disponible du microprocesseur et aucune porte NON-OU Z3 n'est utilisée. Le microprocesseur passe alors dans un état d'attente pendant que son entrée disponible se trouve à l'état bas, un cycle d'horloge étant ainsi manquant. Si l'inverseur comprend un circuit générateur de combinaisons numériquesqui ne comporte pas de microprocesseur, on utilise une porte NON-OU Z3 pour combiner la sortie Q2 et les signaux d'horloge en provenance de la borne 18 pour produire un signal d'horloge modifié en commandant le passage des impulsions de tension du signal d'horloge de l'oscillateur à cristal vers la borne de sortie 20 de telle sorte que chaque impulsion de tension de signal d'horloge venant immédiatement à la suite d'une impulsion de tension du signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension soit inhibée. Par conséquent, les signaux d'horloge modifiés apparaissant sur la borne 20 "sautent" l'impulsion d'horloge complète suivante après avoir reçu une impulsion de sortie de l'oseillateur commandé en tension. Aucune demiimpulsion n'est possible avee ce circuit étant donné que des impulsions complètes seules sont admises à passer à travers la porte NON-OU Z3. Si la fréquence d'horloge de l'oscillateur à cristal est fc, et si la fréquence de sortie de l'oscillateur commandé en tension est fv' alors la fréquence d'horloge modifiée f0 est égale à fc -fva La figure 2 est une série de formes d'ondes qui illustrent le fonctionnement du circuit de la figure 1. La forme d'onde 24 de la figure 2 représente la sortie de l'oscillateur 12 à cristal et comprend une multiplicité d'impulsions de tension qui apparaissent à une fréquence fixe. La forme d'onde 26 illustre la sortie de l'oscillateur 10 commandé en tension et comprend une multiplicité d'impulsions de tension qui apparaissent à une fréquence variable selon la tension de commande appliquée à la borne 14. La forme d'onde 28 illustre le niveau logique de la sortie Q1 et de l'entrée D2. Les formes d'ondes 30 et 32 illustrent respectivement les niveaux logiques des bornes de sortie Q2 et -Q2 du basculeur Z2. La forme d'onde 34 illustre le signal de sortie d'horloge modifié qui apparait sur la borne de sortie 20. Un examen des formes d'ondes de la figure 2 révèle que, lorsque l'impulsion apparait k la sortie de l'oscillateur 10 commandé en tension, la sortie Q1 du basculeur Z1 prend un état haut jusqu'k ce que l'impulsion d'horloge suivante de la forme d'onde 24 apparaisse. À ce moment, Q1 passe k un état bas et Q2 passe k un état haut et reste k cet état haut jusqu'k ce que l'impulsion d'horloge suivante apparaisse. Pendant que Q2 est k l'état haut, la porte NON-OU Z3 empêche le passage des impulsions d'horloge de l'oscillateur k cristal. Sur la figure 2, l'impulsion d'horloge 36 en traits interrompus a été inhibée. Par conséquent, le signal d'horloge modifié apparaissant sur la borne de sortie 20 présente une fréquence moyenne qui est égale k la fréquence de sortie de l'oscillateur à cristal diminué de la fréquence de sortie de l'oscillateur commandé en tension. La figure 3 est un schéma synoptique d'une variante de mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, on peut voir que l'oscillateur 10 commandé en tension comprend un générateur Z5 de fonctions, des résistances Ri, R2 et R3, et des condensateurs C2 et C3. Le signal de sortie de i'OCT 10 traverse le condensateur C1 et parvient k la borne C1 du baseuleur Z4A. Dans ce mode de réalisation, la borne 38 reçoit la'tension d'alimentation et les circuits basculeurs bistables Z4A et Z4B sont identiques aux circuits Z1 et Z2 de la figure l. Le générateur 40 de combinaisosnumérique reçoit le signal d'horloge modifié en provenance de la porte NON-OU Z3 et fait apparaître sur les bornes 42, 44, 46, 48, 50 et 52 une combinaison de commutations de p8les d'alimentation de convertisseur triphasé. Dans ce mode de réalisation, le générateur 40 de combinaison comprend un circuit numérique qui ne comporte pas de microprocesseur. Si un micro- processeur était inclus, la borne de sortie Q2 serait reliée à l'entrée disponible du microprocesseur comme décrit précé- demment. Le tableau I ci-dessous illustre les composants typiques que l'on peut utiliser dans le circuit de la figure 3. TABLEAU I Composants Du Schéma Synoptique De La Figure 3 CR1 1N914 C1, C2, C3 0,001 "F R1, R3 2 K ohms R2 i K ohm Z3 5402 Porte NON-OU TTL Z4 5474 Basculeur bistable D TTL Z5 566 Générateur de fonctions La figure 4 est un schéma synoptique, partiellement sous la forme d'un schéma de principe, d'un système ondulaire de boucle de liaison à courant continu qui comprend un circuit de commande de fréquence réalisé selon la présente invention. Dans ce système, un générateur 42 à vitesse variable produit une sortie alternative qui est redressée par un circuit en pont 44 de manière à engendrer une tension continue sur les conducteurs 46 et 48 de la boucle de liaison à courant continu. Une multiplicité de transistors de commutation disposés dans un circuit 50 de commutation de pôles d'alimentation sont commandés par un générateur 40 de combinaisonsou de modèlede commutation de manière à commuter alternativement les pôles d'alimentation 52, 54 et 56 entre les conducteurs de la boucle de liaison k courant continu. Un régulateur 58 de tension détecte la tension présente sur les lignes de sortie s'étendant après le filtre de sortie 60 et commanle la tension de la boucle cde liaison k courant continu en Jrglant le courant d'excitation du générateur 42. Quand le ligne de sortie de l1onduleur doivent être reliées en parallèle avec une source d'alimen- tation extérieure, le générateur 62 de tension de référence détecte la fréquence de la source extérieure sur les bornes 64 et 66 et produit sur la borne 14 une tension de commande qui représente la différence entre la fréquence de la source d'alimentation extérieure et la fréquence de sortie normale de l'onduleur. Le circuit 68 de commande de fréquence, qui peut être réalisé conformément à la figure 1 ou à la figure 3, produit un signal d'horloge modifié ou un signal d'attente selon ce qui convient d'après le circuit générateur de combinaisons, en modifiant ainsi la fréquence de sortie du générateur de combinaisonsde manière qu'elle s'adapte à la fréquence de la source d'alimentation extérieure. La figure 5 est le graphique dans lequel la fréquence de sortie de l'oscillateur commandé en tension et la fréquence fonda- mentale de la combinaison de commutation de l'onduleur sont portées en fonction de la tension de commande sur la borne 14. Il convient de remarquer que lorsqu'un système d'alimentation à onduleur comportant une commande de fréquence selon la présente invention est monté en parallèle avec une source d'alimentation extérieure, la source d'alimentation extérieure devient le système mattre. La commande de fréquence donne la possibilité de régler la fréquence de sortie de l'onduleur-sans nécessiter un circuit d'horloge à fréquence principale variable. La précision de la fréquence de sortie modifiée de l'onduleur dépend alors de la précision du signal de différence de tension de commande et de la sortie de l'oscillateur commandé en tension. Du fait que 1'OCT fonctionne à une fréquence qui ne représente qu'une fraction de la fréquence principale de l'oscillateur d'horloge, la stabilité du signal d'horloge modifié est presque aussi bonne que celle de l'oscillateur à cristal. La présente invention donne donc un moyen permettant de commander la fréquence de n'importe quel circuit à commande d'horloge dans une plage relativement étroite tout en conservant la précision de base de l'horloge initiale. REVENDICATIONS 1. Circuit de commande de fréquence pour un système d'alimentation électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend une borne d'entrée (14) destinée à recevoir un signal d'horloge comprenant une multiplicité d'impulsions de tension qui apparaissent à une fréquence fixe, un oscillateur (10) commandé en tension pour produire un signal de sortie comprenant une multiplicité d'impulsions de tension qui apparaissent à une fréquence variable en fonction d'une tension de commande appliquée, et un moyen pour commander le passage dudit signal d'horloge de manière à produire un signal d'horloge modifié en laissant passer les impulsions de tension du signal d'horloge jusqu'à une borne de sortie (20) de telle sorte que chaque impulsion de tension du signal d'horloge venant immédiatement à la suite d'une impulsion de tension du signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension soit inhibée. 2. Circuit de commande selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen pour commander le passage du signal d'horloge comprend des premier et second circuits baseuleurs (ZI, Z2) du type (D), le premier circuit basculeur comportant une borne d'entrée de données, une borne d'entrée d'horloge, une borne de remise à zéro, et une borne de sortie (Q) , la borne d'entrée de données dudit premier circuit basculeur recevant un signal logique haut et la borne d'entrée d'horloge de ce premier circuit basculeur étant reliéede manière à recevoir le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension, ledit second circuit basculeur comportant une borne d'entrée, une borne d'entrée d'horloge, une borne de remise à zéro, une borne de sortie (Q) et une borne de sortie (Q), la borne d'entrée de données dudit second circuit basculeur étant reliée à la borne de sortie (Q) du premier circuit basculeur, la borne d'entrée d'horloge dudit second circuit basculeur étant reliée de manière à recevoir ledit signal d'horloge, et la borne de sortie (Q) de ce second circuit basculeur étant reliée à la borne de remise à zéro du premier circuit basculeur, et une porte NON-OU (Z3) comportant deux bornes d'entrée et une borne de sortie, la borne de sortie dudit second basculeur étant reliée k l'une des bornes d'entrée de la porte NON-OU et l'autre borne d'entrée de la porte NON-OU étant reliée de manière à recevoir le signal d'horloge de telle sorte que ledit signal d'horloge modifié apparaisse sur la borne de sortie de la porte NON-OU. 3. Circuit de commande selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un oscillateur (12) a cristal pour engendrer ledit signal d'horloge. 4. Circuit de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait au'il comprend un générateur (40) de combinaisons pour recevoir ledit signal d'horloge modifié et pour engendrer une séquence de commutation de pôles d'alimentation d'onduleur dont la fréquence est déterminée par ledit signal d'horloge modifiée 5. Système d'alimentation électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend un générateur (42) pour produire une tension continue sur une paire de conducteurs (46, 48) d'une boucle de liaison à courant continu, un onduleur pour trans- former ladite tension continue en une sortie en courant alternatif polyphasé, ledit onduleur comprenant un générateur (40) de combinaisons, une pluralité de pôles d'alimentation de sortie (52, 54, 56) et un moyen pour commuter alternative- ment lesdits p8les d'alimentation entre l'un des conducteurs (le la boucle de liaison à courant continu ayant une polarité positive et l'autre desdits conducteurs de la boucle de liaison à courant continu ayant une polarité négative en fonction d'un signal engendré par ledit générateur de combinaisons, et un circuit (68) de commande de fréquence pour commander la fréquence du signal de sortie du générateur de combinaisons, ledit circuit (68) de commande de fréquence comprenant une borne d'entrée destinée à recevoir un signal d'horloge comprenant une multiplicité d'impulsions de tension qui apparaissent à une fréquence fixe, un oseil- lateur (10) commandé en tension pour produire un signal de sortie comprenant une multiplicité d'impulsions de tension qui apparaissent à une fréquence variable, en fonction d'une tension de commande appliquée, et un moyen pour commander le passage dudit signal d'horloge en laissant passer les impulsions de tension du signal d'horloge vers une borne de sortie de telle sorte que chaque impulsion de tension de signal d'horloge venant immédiatement à la suite d'une impulsion de tension de signal de sortie d'oscillateur commandé en tension soit inhibée. 6. Système d'alimentation électrique selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit moyen destiné k commander le passage du signal d'horloge comprend des premier et second circuits basculeurs (Z4A, Z4B) du type (D), ledit premier circuit basculeur comportant une borne d'entrée de données, une borne d'entrée d'horloge, une borne de remise à zéro, et une borne de sortie (Q), la borne d'entrée de données dudit premier circuit basculeur recevant un signal logique haut et la borne d'entrée d'horloge de ce premier circuit basculeur étant reliée de manière à reeevoir le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension, ledit second circuit basculeur comportant une borne d'entrée de données, une borne d'entrée d'horloge, une borne de remise à zéro, une borne de sortie (Q), et une borne de sortie (Q), la borne d'entrée de données dudit second circuit basculeur étant reliée de manière à recevoir le signal d'horloge, et la borne de sortie (Q) dudit second circuit basculeur étant reliée à la borne de remise à zéro du premier circuit basculeur, et une porte NON-OU comportant deux bornes d'entrée et une borne de sortie, la borne de sortie (Q) du second circuit basculeur étant reliée à l'une des bornes d'entrée de la porte NON-OU et l'autre borne d'entrée de ladite porte NON-OU étant reliée de manière à recevoir le signal d'horloge de telle sorte que ledit signal d'horloge modifié apparaisse sur la borne de sortie de la porte NON-OU. 7. Système d'alimentation électrique selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait qu'il comprend un oscillateur (12) à cristal pour engendrer ledit signal d'horloge. 8. Système d'alimentation électrique selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend un générateur (40) de combinaisons pour recevoir le signal d'horloge modifié et pour engendrer une séquence de commutation de pôles d'alimentation onduleurs dont la fréquence est déterminée par ledit signal d'horloge modifié.