Brevet FR2571562A1 — publié le 19860411

La présente invention porte sur un convertisseur continu- alternatif comportant un transformateur convertisseur et deux commutateurs commandables à commutation à recouvrement. Dans le cas de dispositifs connus de ce type, dans le cas de commutateurs commandés par courant de commande, on limite les courants de commande au moyen d'une résistance. Pour obtenir néanmoins une fermeture rapide des commutateurs, on shunte cette résistance limiteuse de courant par un condensateur (condensateur accélérateur). Pour l'ouverture des commutateurs, on a besoin, dans les dispositifs connus, d'une tension auxiliaire, qu'on obtient à partir du courant de commande. Cela occasionne des pertes supplémentaires dans le montage de commutation. En outre, dans le cas des dispositifs connus pour convertis- seurs continu-alternatif comportant un transformateur con- vertisseur, en cas de commutation à-recouvrement, ce mode de fonctionnement est obtenu au moyen d'une source de commu- tation pour chacun des deux contacteurs et par commutation de ceux-ci avec recouvrement. Cela entraîne non seulement des frais de construction plus élevés, mais aussi des pertes plus élevées à cause de la plus grande énergie de commande en cas de commutation séparée des deux commutateurs. L'invention a en conséquence pour but de fournir un montage pour convertisseur continu-alternatif à commutation à recouvrement qui permette à peu de frais une commutation commune des deux commutateurs et permette le fonctionnement avec recouvrement. L'invention atteint ce but avec un dispositif du type ci-dessus grâce au fait qu'entre les électrodes de commande des deux commutateurs commandables est montée une source de tension alternative, et que la voie entre l'électrode de commande et l'électrode de référence de chaque contacteur commandable est shuntée. Ces moyens procurent en particulier l'avantage que le montage en opposition des deux voies de commande des com- mutateurs commandables assure qu'au moins un de ceux-ci soit chaque fois conducteur, des conditions de potentiel définies par le shunt pour l'état fermé étant fixées pour le commutateur qui n'est pas conducteur. La polarité de la tension de commande commune au deux commutateurs permet alors de déterminer lequel de ceux-ci sera conducteur. Une forme de réalisation d'un convertisseur continu- alternatif peut, selon l'invention, consister en ce que chaque shunt soit formé d'une résistance. Cela permet d'obtenir, en particulier dans le cas des commutateurs dont la voie de commande a un comportement capacitif (transistors à effet de champ MOS), un comportement en matière d'ouverture et de fermeture bien défini dans le temps. Une autre forme de réalisation d'un convertisseur continu- alternatif peut, selon l'invention, consister en ce que chaque shunt soit formé du montage série d'une diode et d'une résistance, les diodes étant polarisées de façon que le montage série placé entre l'électrode de commande et l'élec- trode de référence d'un commutateur commandable rendu con- ducteur ne charge pas la source de tension alternative. En particulier avec des transistors bipolaires comme commuta- teurs commandables, on peut ainsi obtenir que la charge d'accumulation apportée au transistor qui se ferme soit maintenue égale à la charge à éliminer du transistor qui s'ouvre. Cela permet la fermeture et l'ouverture optimales des transistors bipolaires. On peut, selon l'invention, obtenir une simplification supplémentaire de la commande d'amorçage d'un.convertisseur continu-alternatif si chaque diode a une de ses électrodes reliée A une électrode de commande d'un commutateur coman- dable, et les autres électrodes des diodes sont reliées entre elles et reliées au potentiel de référence par l'intermédiaire d'une résistance commune. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de deux formes de réalisation du convertisseur continu-alternatif de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels, - la figure 1 est un schéma très simplifié d'un convertisseur continu-alternatif conforme à l'invention, et, -les figures 2 et 3 montrent des convertisseurs continu- alternatif avec un agencement particulièrement avanta- geux du dispositif de l'invention pour la commutation des deux commutateurs commandables de la figure 1. La figure 1 est le schéma de principe d'un convertisseur continualternatif conforme à l'invention qui est réalisé de préférence sous la forme d'un convertisseur push-pull commuté en courant. Ce convertisseur comprend un transfor- mateur convertisseur 1 qui présente un enroulement primaire 2 à prise milieu et au moins un enroulement secondaire 3. La prise de l'enroulement primaire 2 est reliée par une induc- tance 4 à une borne d'alimentation A. Le convertisseur est alimenté en énergie par une source de tension 5 montée entre la borne d'alimentation A et la borne de référence B. Cette source de tension 5 peut être par exemple une source de tension continue ou une source de tension alternative avec redresseur monté en aval. L'alimentation du convertis- seur continu-alternatif par une source de courant montée entre les bornes A et B est aussi possible. Dans ce cas, l'inductance 4 peut être absente. Si l'alimentation du con- vertisseur se fait à partir d'une source de courant commutée, l'inductance 4 forme de préférence une partie de celle-ci. La tension alternative de sortie du convertisseur peut- être prélevée sur les bornes de sortie C, D de l'enroulement secondaire 3. Un récepteur à courant alternatif peut être connecté directement à ces bornes, tandis qu-'un récepteur à courant continu sera connecté de préférence par l'inter- médiaire d'un montage redresseur. Chacune des deux extrémités de l'enroulement primaire 2 du transformateur convertisseur 1 est reliée à la borne de référence B par le chemin principal entre les électrodes principales K, E d'un commutateur commandable 6 ou 7. Les entrées de commande F, G des deux commutateurs commandables 6, 7 sont reliées par l'intermédiaire d'une source de tension alternative 8. En outre, l'entrée de commande de chacun des commutateurs commandables 6, 7 est reliée à la borne de référence B par un shunt 9 ou 10. Pour la description du fonctionnement d'un dispositif conforme à l'invention comme celui de la figure 1, on admettra que l'on se trouve à un instant o la borne F de la source de tension alternative 8 est à un potentiel positif; si l'on part du fait que les commutateurs comman- dables usuels comme par exemple les transistors bipolaires de commutation, les thyristors blocables (GTO), les tran- sistors à effet de champ MOS, de puissance et les disposi- tifs semblables présentent, & l'létat non passant, une voie de commande à haute résistance, le circuit de commande se ferme par la voie de commande du commutateur 7, la connexion de l'électrode principale E de ce commutateur au shunt 9, le shunt 9 et la borne G de la source de tension alternative. Suivant la réalisation des commutateurs, c'est-à-dire selon que la voie de commande a, à l'état passant, une haute ou une basse résistance, il passera en plus, dans le shunt 10, un courant correspondant. Le courant de commande total délivré par la source de tension alternative 8 est, dans le cas des commutateurs à voies de commande à haute résistance statique (comme par exemple les transistors à effet de champ MOS de puissance), limité par le montage en série des deux shunts, tandis qu'en cas d'utilisation de tran- sistors bipolaires qui ont à l'état passant une caracté- ristique à très basse résistance de la voie de commande formée par la jonction base-émetteur, le courant est limité par le shunt 9. Suivant le courant passant dans le shunt 9, une tension négative sera appliquée à la voie de commande du commu- tateur 6, de sorte que celui-ci sera maintenu de manière sûre à l'état non passant. Le commutateur 7 sera maintenu passant par le courant dans sa voie de commande, ou par la chute de tension dans le shunt 10. L'opération de commutation se présente de façon semblable quelle que soit la réalisation pratique du commutateur 6 ou 7. Il est cependant particulièrement avantageux que les commutateurs aient à l'état passant une voie de commande à faible résistance (par exemple transistors bipolaires), ou que, dans le cas d'une voie de commande à haute résis- tance, celle-ci ait un caractère capacitif (transistors à effet de champ MOS). La commutation de la conduction de courant entre les deux commutateurs est déclenchée par le changement de polarité de la source de tension alternative Pendant le changement, le circuit de commande va de la borne G maintenant positive de la source de tension alter- native 8 à l'électrode principale du commutateur 6 en passant par la voie de commande de celui-ci; le circuit de commande se ferme par l'électrode principale du contac- teur 7, la voie de commande de celui-ci et la borne F de la source de tension alternative. Le courant passant dans ce circuit sert de courant de fermeture, ou de passage à l'état passant, du commutateur 6. Il passe en sens contraire dans la voie de commande du commutateur 7 et produit l'ouverture, ou le passage à l'état non passant, de ce dernier dès que la charge électrique accumulée dans la voie de commande a été évacuée. Dans l'hypothèse ordinairement valable o la fermeture d'un commutateur se fait plus rapidement que l'ouverture, on obtient de cette manière, quelle que soit la réalisation pratique des commutateurs, le recouvrement de la conduction alternante des deux commutateurs. La figure 2 montre un autre montage conforme à l'invention dans lequel les shunts 9, 10 comprennent chacun un montage série d'une résistance pure Il ou 13 et d'une diode 12 ou 14. Le shunt en parallèle avec le commutateur 6 ou 7 qui vient de se fermer reste alors sans courant du fait que la diode 12-ou 14 est alors polarisée dans le sens de non- conduction. Cela réduit la puissance de commande fournie par la source de tension alternative8. Il faut alors, par exemple pour que le commutateur 6 soit fermé, que la borne G de la source de tension alternative se trouve à un potentiel positif par rapport à l'électrode de référence B. Le circuit de commande est alors formé par la voie de commande du commutateur 6, la résistance de shunt 13 et la diode 14 polarisée dans le sens de conduction. La diode 12 est alors polarisée dans le sens de non-conduction. Quand le commutateur 7 est conducteur, le circuit de commande est formé par la voie de commande de ce commutateur 7, la résistance de shunt Il et la diode 12. Comrne un seul des shunts est parcouru par le courant, et par conséquent une seule des résistances 11, 13 à la fois est également parcourue par ce courant, la fonction de ces résistances 11, 13 peut, comme indiqué sur la figure 3, être remplie par une résistance commune 15- On relie les anodes des deux diodes 13, 14 et on monte la résistance 15 entre le point de jonction et la borne de référence B. La figure 3 montre un montage convertisseur continu- alternatif qui utilise comme commutateurs des transistors bipolaires 16, 17. La source de tension alternative 8 est constituée d'un transformateur de commutation 18 dont l'enroulement secondaire est monté entre les bases des transistors 16, 17. A l'enroulement primaire de ce transformateur 18 est connecté, comme générateur de commande, un générateur de signaux rectangulaires 19. Les shunts entre les bornes de base des transistors 16, 17 et la borne de référence B sont formés chacun d'une diode en série 12 ou 14 dont la cathode est reliée à la base du transistor 16 ou 17, et d'une résistance commune 15 qui est montée entre la borne de référence B et le point de jonction des anodes des diodes 13, 14. Ce dispositif donne un comportement des transistors bipo- laires en matière d'ouverture et de fermeture particuliè- reament avantageux. Si la tension de commande U a la polarité indiquée par s la flèche, le courant de base pour le transistor 16, à la borne positive de l'enroulement secondaire du transforma- teur de commutation 18, entre par la base du transistor 16 et va de l'émetteur de celui-ci, par la résistance 15 et la diode 14, à la borne négative de l'enroulement secon- daire du transformateur. Le courant de base permanent est alors déterminé par la valeur de la résistance 15, la chute de tension dans cette résistance étant égale à la tension de commande U diminuée de la tension base-émetteur du s transistor 16 et de la tension directe de la diode 14. A la voie base-émetteur du transistor 17 est appliquée une tension négative égale à la tension de commande Us diminuée de la chute de tension base-émetteur du transistor 16, ce qui maintient de manière sûre le transistor 17 à l'état bloqué. Cet état constitue un des deux états stables possibles dans chacun desquels un transistor est passant et l'autre bloqué. Pour la commutation, le fonctionnement des transistors bipolaires est le suivant: Quand un transistor bipolaire bloqué doit être rendu- conducteur, cette opération se déroule avec très peu de pertes si le courant de base est porté pour une courte durée à une valeur très supérieure à la valeur nécessaire au passage complet du transistor à l'état conducteur. Pour cela, la base est saturée de porteurs de charge et cet état saturé est maintenu dans la suite par le courant de base permanent qui passe. Pour bloquer un transistor bipolaire conducteur, il faut d'abord évacuer la charge accumulée dans sa base par un courant de décharge de base négatif. C'est seulement après cette décharge que le transistor peut se bloquer et que la voie base-émetteurainsi que la voie collecteur-émetteur acquièrent une résistance élevée. La commutation du transistor 16 encore conducteur au transistor 17 bloqué est déclenchée par le changement de polarité de la tension de commande U. Comme la voie base- s émetteur du transistor 16 conducteur a une faible résis- tance, au transistor 17 est envoyée une impulsion de courant de base dont l'amplitude est limitée seulement par la mise en série des voies base-émetteur, maintenant à faible résis- tance, des transistors 16, 17 conducteurs; et de la résis- tance interne du générateur de commande 19, ramenée au secondaire du transormateur 18. Les deux diodes 12, 14 sont bloquées et la charge du transistor 16 est évacuée rapidement par le grand courant de décharge qui passe. Une charge sensiblement équivalente est alors conduite à la base du transistor 17, et dès que la charge de base du transistor 16 est complètement élimi- née, ce transistor se bloque, sa voie base-émetteur acquérant une résistance élevée. Le circuit de base pour le transis- tor 17 maintenant passant se ferme alors par la résistance 15 et la diode 12. La résistance 15 limite le courant de base permanent du transistor 17 à une valeur relativement plus faible, ce qui met fin à la commutation. Le temps de décharge de la base représente le temps d'empiètement de la conduction des deux transistors. Pour l'utilisation de ce montage comme convertisseur continu-alternatif, ces opérations de commutation sont répétées à des intervalles réguliers fixés par le g6nérateur de commande 19. Le générateur de commande 19 peut être par exemple le sous- ensemble TDB 0555 de la société Thomson. Revendications 1.- Convertisseur continu-alternatif comportant un trans- formateur convertisseur (1) et deux commutateurs comman- dables (6, 7) à commutation à recouvrement, caractérisé par le fait qu'entre les électrodes de commande (G, F) des deux commutateurs commandables est monté une source de tension alternative (8), et que la voie entre l'électrode de commande (G, F) et l'électrede de référence (B) de chaque commutateur commandable (6, 7) est shuntée (9, 10).. 2.- Convertisseur continu-alternatif selon la revendi- cation 1, caractérisé par le fait que chaque shunt comprend une résistance (9, 10). 3.- Convertisseur continu-alternatif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que chaque shunt comprend un montage série d'une diode (s2, 14) et d'une résistance (11, 13), les diodes (12, 14) étant pola- risées de façon que le montage série placé entre l'élec- trode de comaande (G, F) et l'électrode de référence (B) d'un commutateur commendable (6, 7) rendu conducteur ne charge pas la source de tension alternative (8). 4.- Convertisseur continu-alternatif selon la revendi- cation 3, caractérisé par le fait que chaque diode (12, 14) a une de ses électrodes reliée à une électrode de commande (G, F) d'un comautateur commandable, et les autres élec- trodes des diodes (12, 14) sont reliées entre elles et, reliées au potentiel de référence (B) par l'intermédiaire d'une résistance commune (15).