Brevet FR2571561A1 — publié le 19860411

Convertisseur courant alternatif-courant continu. La présente invention porte sur un convertisseur courant alternatif-courant continu, appelé dans la suite conver- tisseur alternatif-continu, comportant un montage re- dresseur et un transformateur convertisseur sur le pri- maire duquel est monté un réseau amortisseur. Dans les convertisseurs connus de ce type, il est connu de prévoir des réseaux amortisseurs pour amortir les pointes de commutation qui apparaissent dans les trans- formateurs convertisseurs et dissiper les pertes de com- mutation. Ces réseaux amortisseurs sont généralement for- més d'un montage en série d'une diode et d'un condensa- teur, le condensateur étant shunté par une résistance qui sert à dissiper l'énergie perdue du transformateur convertisseur. Avec cette solution connue, on évite bien les surtensions, mais ne récupère pas l'énergie perdue produite. En outre, dans le cas des solutions connues, il faut une alimenta- tion en courant particulière pour l'alimentation de cir- cuits auxiliaires, par exemple du circuit de commande du transformateur convertisseur. L'invention a pour but de supprimer ces inconvénients et de fournir un convertisseur du type indiqué au début qui permette une utilisation des pertes de commutation. L'invention atteint ce but grâce au fait que le réseau amortisseur comprend un montage convertisseur de blocage. 3o Le montage d'un montage convertisseur de blocage dans le réseau amortisseur permet de ramener l'énergie perdue et/ou de l'utiliser pour l'alimentation de circuits auxiliaires. Selon une autre caractéristique de l'invention, il peut être prévu que l'enroulement secondaire d'un transfor- mateur du montage convertisseur de blocage-soit ramené par l'intermédiaire d'un redresseur au primaire du trans- formateur convertisseur. De cette manière, la puissance perdue est en grande partie récupérée. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, il peut en outre être prévu que le transformateur du montage convertisseur de blocage présente au moins un autre enroulement secondaire avec un redresseur monté en aval, et que la sortie du redresseur soit reliée à l'entrée d'un comparateur pour le contrôle de la ten- sion d'entrée et/ou à une entrée d'un régulateur de la tension de sortie du convertisseur alternatif-continu. Ces moyens permettent d'obtenir de manière très simple l'arrêt du convertisseur par exemple en cas de baisse de la tention d'entrée à des valeurs pour lesquelles un fonctionnement sûr du convertisseur n'est plus assuré. Cela repose sur le fait que la tension de sortie de l'enroulement secondaire supplémentaire du convertis- seur de blocage est dans un rapport fixe avec la ten- sion appliquée à l'enroulement secondaire du conver- tisseur de blocage ramené à l'entrée du convertisseur alternatif-continu. En outre, la liaison de l'enroulement secondaire du convertisseur de blocage du réseau amortisseur au régu- lateur de la tension de sortie du transformateur conver- tisseur fournit une injection de perturbations qui amé- liore les caractéristiques dynamiques de la boucle de régulation. On obtient ainsi par exemple une suppres- sion améliorée des tensions de ronflement existant à l'entrée. Pour déconnecter de façon précise le transformateur convertisseur en cas de tension d'entrée trop faible, avec une faible dépense de circuits, et une large sup- pression des phénomènes transitoires, il peut, selon une autre caractéristique de l'invention, être prévu que la sortie du comparateur soit reliée à une entrée de commande d'un modulateur de durée d'impulsion monté dans un circuit de commutation du transformateur conver- tisseur. Il peut en outre être prévu que pour l'alimentation en tension, les bornes de tension d'alimentation de circuits auxiliaires, par exemple du r6gulateur, le cas éch6ant de l'amplificateur de commutation, du modulateur de dur6e d'impulsion et du comparateur, soient connect6es à la sortie du redresseur mont6 sur le deuxième enroulement secondaire du transformateur du montage convertisseur de blocage. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip- tion suivante de la forme de réalisation préf6r6e du convertisseur de l'invention, faite en se référant aux dessins annex6s, sur lesquels: - la figure 1 est un sch6ma d'un convertisseur alterna- tif-continu conforme à l'invention, et, - la figure 2 est le schéma de l'amplificateur de commu- tation de la figure 1. Sur la figure 1, la tension alternative d'entr6e U est e appliqu6e à un montage redresseur G1 qui peut être par exemple un montage en pont. La sortie de ce montage re- dresseur est connectée à un transformateur convertisseur. Comme le montre la figure 1, l'enroulement primaire Tll de ce transformateur convertisseur est pourvu d'une prise m6diane, la connexion de l'enroulement primaire T1 à la tension continue de sortie du montage redresseur G1 se.... . . .. faisant par cette prise médiane et par les deux tran- sistors V1, V2, dont les bases sont reliées à l'enrou- lement secondaire 8 d'un transformateur de commuta- tion T2 dont l'enroulement primaire 9 est relié à un amplificateur de commutation 1. Pour la compensation ou l'amortissement des pointes de tension produites par les opérations d'ouverture et de fermeture, un conden- sateur C1 est monté en parallèle avec les bornes d'en- trée. L'enroulement primaire Til du transformateur convertisseur est couplé inductivement à l'enroulement secondaire T12, qui fournit la tension de sortie par l'intermédiaire des diodes V8, V9 et d'un circuit de filtrage L, C4. Les deux extrémités de l'enroulement primaire Tll du transformateur convertisseur sont reliées par l'inter- médiaire de deux diodes V4, V5 montées dans le même sens à une première électrode d'un condensateur de stockage C2 à laquelle est aussi connectée une première borne de l'enroulement primaire 2 d'un transformateur T3 du mon- tage convertisseur de blocage 3. La deuxième électrode du condensateur de stockage C2 est reliée directement à une première borne d'entrée du montage convertisseur de blocage 3, tandis que la deuxième borne de l'enroulement primaire 2 du transformateur T3 est reliée, par l'inter- médiaire d'un transistor V3, dont la base est reliée à un enroulement de commande 4 du transformateur T3, à cette première borne d'entrée à laquelle sont aussi con- nectés l'enroulement de commande 4 et un premier enrou- lement secondaire 5 du transformateur T3 dont le sens d'enroulement est inverse de celui de l'enroulement pri- maire 2, et qui est relié à une deuxième borne d'entrée du montage convertisseur de blocage 3 par l'intermédiaire d'une diode V6. Le montage convertisseur de blocage 3 présente encore un autre enroulement secondaire 6 du transformateur T3 qui fournit par l'intermédiaire de la diode V7 et du con- densateur de filtrage C3 une tension pour l'alimenta- tion de circuits auxiliaires pour la commande du trans- formateur convertisseur, les deux enroulements secon- daires 5, 6 ayant le même sens d'enroulement. Le deuxième enroulement secondaire 6, par l'intermédiai- re de la diode V7, est relié aux bornes de tension d'a- limentation V, V dont sont pourvus un régulateur N1, un comparateur N2, un modulateur de durée d'impulsion 7 et l'amplificateur de commutation 1. Le régulateur N1, avec une source de tension de référence U ref2, et le mo- dulateur de durée d'impulsion 7 peuvent être réalisés en commun grâce au circuit TL 494 de la société Motorola. Le comparateur N2 peut être le circuit LM 393 de la so- ciété Motorola. En outre, la diode V est reliée à une entrée du comparateur N2, dont la deuxième entrée est reliée à une source de tension de référence U flcon- nectée en V-, la sortie du comparateur N2 étant reliée à une entrée du modulateur de durée d'impulsion 7. Celui- ci est relié du côté sortie aux entrées de commande de l'amplificateur de commutation 1. La sortie V+ du convertisseur de blocage 3 est reliée par une résistance R1 à la première entrée du régula- teur N1, qui est reliée par la résistance R3 à une borne de sortie et à la chaîne de réaction formée de la résis- tance R2 et du condensateur C5, qui est connectée à la sortie du régulateur N1. A la deuxième entrée du régu- lateur N1 est connectée une source de tension de refé- rence Uref2 qui fixe la valeur prescrite de la tension de sortie et est reliée à la sortie V du convertisseur de blocage 3 et à une borne de sortie du convertisseur alternatif-continu. Quand la tension d'entrée est appliquée, les transistors V1, V sont rendus passants à tour de rôle, de sorte 1 2 que les moitiés de l'enroulement primaire Tl du trans- formateur convertisseur sont reliées à tour de rôle à la tension d'entrée. Par le couplage inductif de l'en- roulement primaire Til à l'enroulement secondaire T12, dans ce dernier est produite une tension dont la valeur est déterminée par le rapport de transformation et la tension d'entrée. En raison des pertes inductives du transformateur conver- tisseur sans dispositions particulières, il se produi- rait des surtensions lors des opérations d'ouverture et de fermeture. Les deux diodes V4, V5 conduisent ces énergies au condensateur de stockage C. A la naissance des oscillations, c'est-à-dire au premier instant de la mise en marche, la charge appliquée au condensateur C2 sera aussi appliquée à la base du transistor V3 par l'en- roulement primaire 2 du convertisseur de blocage 3 et la résistance R4. Quand ce potentiel atteint une valeur suffisante pour la fermeture du transistor V3, celui-ci devient conducteur et le condensateur C se décharge rapidement par l'enroulement primaire 2 et le circuit collecteurémetteur du transistor V3. Le condensateur C6 3' empêche alors le départ des charges à la base du tran- sistor V3, lesquelles sont nécessaires au passage de celui-ci à l'état conducteur. Par suite du courant de charge qui passe dans l'enroulement 2, dans l'enroule- ment 4 est induite une tension qui provoque un passage du transistor V3 à l'état passant, de sorte que le con- densateur C2 cède rapidement de la charge à l'enroule- ment primaire 2. Dès que l'enroulement primaire 2 est saturé, il n'apparaît plus de tension à l'enroulement de commande 4. Le transistor V3 commence à se bloquer, de sorte que la polarité de la tension appliquée au convertisseur de blocage 3 s'inverse, le transistor V3 se bloque complètement et l'énergie magnétique emmaga- sinée dans le convertisseur de blocage 3 est émise par les enroulements secondaires 5 et 6. L'énergie de l'en- roulement secondaire 5 est ramen6e à l'entrée par la diode V6 et l'énergie de l'enroulement secondaire 6 est conduite comme tension d'alimentation aux éléments N1, N2, 7 et 1 par le circuit redresseur formé de la diode V7 et du condensateur C3. Cette 6vacuation de l'énergie perdue permet de réduire les pointes de tension qui apparaissent à l'ouverture et a la fermeture. Comme la tension de retour du montage convertisseur de blocage 3 est provoquée par la tension d'entrée du transformateur convertisseur, il apparaît aux bornes du condensateur de filtrage C3 une tension qui est proportionnelle à la tension d'entrée, c'est-à-dire correspond au rapport de transformation du transforma- teur T3. La tension délivrée à l'entrée non inverseuse du comparateur N2 correspond par conséquent à la ten- sion d'entrée. Le comparateur N2 compare la tension aux bornes du con- densateur C3 a une tension de référence Uref qui est 3re fixée par exemple d'après la plus petite tension d'en- trée nécessaire à un fonctionnement sûr du convertis- seur alternatif-continu. Cette tension de référence Urefl est fournie par une source de tension de r6férence comme par exemple un montage à diode Zener. Si la tension des- cend au-dessous de cette valeur, le comparateur N2 envoie un signal de blocage au modulateur de durée d'impulsion 7, de sorte que celui-ci coupe l'émission d'impulsions et qu'ainsi le convertisseur alternatif-continu est décon- necté et cesse de fonctionner. La durée des impulsions 6mises par le modulateur de durée d'impulsion dépend du signal fourni par le r6gulateur N1 Ce régulateur N1 a une entrée reli6e à une borne de sortie par la résis- tance R3 et compare la tension de sortie à la tension de r6férence Uref2 appliquée à sa deuxième entr6e, qui est fournie par une source de tension de référence U ref2 re- liée à la deuxième borne de sortie. cuivant la grandeur 2 5 7 1 5 6 1 de la tension de sortie comparativement à la tension de référence, le régulateur fournit un signal détermin6 qui détermine la durée d'impulsion. On obtient alors, avec des pauses constantes entre impulsions, en cas d'impul- sions plus courtes, une tension de sortie plus élevée. Les impulsions fournies par le modulateur de durée d'im- pulsion 7 sont amplifiées dans l'amplificateur de commu- tation 1 et produisent l'enroulement primaire 9 du trans- formateur T2 un passage de courant dans des sens alter- nants, de sorte que la polarité change aussi aux sorties de l'enroulement secondaire 8 et que les transistors V1, V2 sont rendus passants à tour de rôle. L'amplificateur de commande d'amorçage 1 peut aussi être absent si les impulsions de sortie du modulateur de durée d'impulsion 7 suffisent pour la commande d'amorçage du transformateurT2. L'amplificateur de commande d'amorçage 1 peut, comme le montre la figure 2, être formé d'un montage en pont de quatre transistors 10 à 13, les transistors diagonale- ment opposés étant de même race et les transistors si- tués l'un à côté de l'autre étant de constitution diffé- rente. Les bases des deux transistors 10, 13 ou 12, 11 situées dans la même branche du pont sont reliées. Sui- vant celle des deux entrées de commande 14, 15 qui reçoit une impulsion positive, le courant passe dans l'enroule- ment secondaire 9 du transformateur T2 en passant par les transistors 10 et 11 dans un sens ou par les transis- tors 12 et 13 dans l'autre sens, l'enroulement secon- daire 9 étant connecté à la borne médiane des deux bran- ches du pont. 2 5 7 1 5 6 1 REVENDICATIONS 1.- Convertisseur alternatif-continu comportant un montage redresseur (G1) et un transformateur convertisseur (Tll,T12) sur le primaire duquel est monté un réseau amor- tisseur, caractérisé par le fait que le réseau amortisseur comprend un montage convertisseur de blocage (3). 2.- Convertisseur alternatif-continu selon la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que l'enroulement secon- daire (5) d'un transformateur (T3) du montage convertis- seur de blocage (3) est ramené par l'intermédiaire d'un redresseur (V6) au primaire (T11) du transformateur con- vertisseur. 3 - Convertisseur alternatif-continu selon la revendica- tion 2, caractérisé par le fait que le transformateur (T3) du montage convertisseur de blocage (3) présente au moins un autre enroulement secondaire (6) avec un redresseur (V7) monté en aval, et que la sortie du redresseur (V7) est re- liée à l'entrée d'un comparateur (N 2) pour le contrôle de la tension d'entrée et/ou à une entrée d'un régulateur (N1) de la tension de sortie du convertisseur alternatif-contiu. 4.- Convertisseur alternatif-continu selon la revendica- tion 3, caractérisé par le fait que la sortie du compara- teur (N2) est reliée à une entrée de commande d'un modula- teur (7) de durée d'impulsions monté dans un circuit de commutation (7,1) du transformateur convertisseur (Tll,T12). 5.- Convertisseur alternatif-continu selon l'une des re- vendications 3 et 4, caractérisé par le fait que pour l'a- limentation en tension, les bornes de tension d'alimenta- tion de circuits auxiliaires, par exemple du régulateur (N1), le cas échéant de l'amplificateur de commutation (1), du modulateur (7) de durée d'impulsions et du comparateur (N2), sont connectées à la sortie du redresseur (V7) monté sur le deuxième enroulement secondaire (6) du transformateur (T3) du montage convertisseur de blocage (3).