Brevet FR2575617A1 — publié le 19860704

1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un circuit for- mant source d'alimentation en énergie et plus parti- culièrement un circuit formant source d'alimentation en énergie à commutation, convenant pour être utili- sé en tant que source d'alimentation en énergie d'un ordinateur ou analogue. 2. Description de l'art antérieur Un circuit classique typique formant source d'alimentation en énergie à commutation est représen- té sur la figure 1 annexée à la présente demande. La référence T désigne un transformateur. Un enroulement primaire L1 du transformateur T reçoit une tension pro- venant d'une source d'alimentation en énergie E bran- chi au moyen d'un transistor de commutation Q. Cette tension est redressée par un enroulement secondaire L2 et est délivrée sur la borne de sortie OUT. Au début du fonctionnement, un courant délivré par la source d'alimentation en énergie E traverse un condensateur C" et un enroulement de réaction L3 en traversant une résistance R10, pour charger le condensateur C". Le courant délivré par la source d'alimentation en éner- aie E aboutit donc à la base du transistor de commu- ttion Q. Un courant circule dans l'enroulement primai- re L1 et dans le collecteur du transistor de commuta- tion Q, ce qui place ce transistor à l'état conducteur. Simultanément une tension est induite par l'enroulement de réaction L3 de manière à délivrer un courant de base au transistor de commutation par l'intermédiaire du condensateur C". Dans ce cas le condensateur C" est chargé par des polarités opposées à celles représentées sur la figure 1. Torsque le condensateur C"' se charge graduellement, le courant de base diminue de sorte que le transistor de commutation Q est placé à l'état bloqué. Lorsque le transistor de commutation Q est à l'état bloqué, une tension antagoniste est broduite par l'en- roulement de réaction L3 en vue de charger un conden- sateur électrolytique C par l'intermédiaire d'une diode D. Lorsque la tension de charge du condensateur électro- lytique C dépasse une valeur prédéterminée, une tension de polarisation inverse est envoyée à la base du tran- sistor de commutation Q. Lorsque le transistor de commu- tation Q est placé à l'état bloqué, un courant envoyé à l'enroulement primaire L est interrompu. Aucune ten- sion n'est produite par l'enroulement de réaction L3. Par conséquent le transistor de commutation Q est pla- cé complètement à l'état bloqué. Lorsque le condensateur C est déchargé par l'intermédiaire d'une résistance de commande cadencée R afin de libérer le transistor Q de l'état BLOQUE, un courant pénètre dans la base du transistor de commuta- tion après avoir traversé une résistance de démarrage R10. Le fonctionnement ci-dessus se répète alors. De cette manière, on obtient une oscillation permanente permettant la délivrance d'une sortie continue au ni- veau de la borne de sortie OUT. Il faut noter qu'une diode Zener D est utilisée comme élément protecteur pour le transistor de commutation Q. Dans le circuit formant source d'alimentation en énergie classique, étant donné que l'oscillation est réalisée en utilisant un signal délivré par l'enrou- lement de réaction L3, la fréquence d'oscillation ne peut pas être accrue. On ne peut pas réduire les dimen- sions du transformateur T et du condensateur électro- lytique C et par conséquent le dispositif formant source d'alimentation en énergie possède des dimensions importantes et est d'un coût élevé. Outre ces incon- vénients, le rendement du dispositif est réduit (en général environ 70 %) et le temps de réponse de la char- ge est long. En outre, lorsqu'une tension délivrée par la source d'alimentation en énergie E diminue ou que la borne de sortie OUT est surchargée, la tension pré- sente sur la borne de sortie OUT est inférieure à la tension prédéterminée. Une charge (par exemple un or- dinateur) s'en trouve affectée, de façon nuisible. Une période d'oscillation du transistor de commutation Q est déterminée par une constante de temps d'un cir- cuit de réaction complet incluant une inductance de l'enroulement de réaction L3. Par conséquent la pério- de d'oscillation ne peut pas être réglée de façon pre- cise, ce qui est un inconvénient. Ci-après on va résumer l'invention. La présente invention a pour but de fournir un circuit formant source d'alimentation en énergies d'un faible coût. Dans ce circuit, un courant traver- sant l'enroulement primaire d'un transformateur est délivré de façon intermittente lors du fonctionnement de commutation d'un transistor bipolaire fonctionnant à grande vitesse, dont un émetteur est mis à la masse par l'intermédiaire d'une résistance de détection du courant, et une tension induite dans l'enroulement secondaire du transformateur est redressée et est lissée de manière à fournir une tension de sortie, de telle sorte qu'il est possible d'utiliser un ensem- ble transformateur et condensateur compact et que l'en- semble du circuit est alors d'un coût réduit. Le condensa- teurest chargé par une tension induite par un enroule- ment de réaction du transformateur. Lorsque la tension sur l'émetteur du transistor bipolaire augmente et que la tension de charge aux bornes du condensateur a atteint un niveau prédéterminé (seuil), la tension aux bornes du condensateur est appliquée sous la for- me d'une tension de polarisation inverse dans la voie base-émetteur du transistor bipolaire, à travers ce dernier. Les porteurs subsistants dans la base du tran- sistor sont rapidement émis de manière à réaliser une commutation à grande vitesse du transistor bipolaire. Le circuit formant source d'alimentation en énergie comporte un circuit de détermination de la période. Ce circuit de détermination de la période est formé par un circuit série constitué par une diode et par une résistance et quiest raccordé en tant que voie de décharge du condensateur de polarisation inverse entre la base et l'émetteur du transistor bipolaire. Sinon le circuit de détermination de la période peut être constitué par un circuit série formé d'une résistance et d'un condensateur de comiande cadencée est branché entre la masse et une autre extrémité ou une prise centrale de l'enroulement de réaction, dont une ex- trémité est raccordée à la base du transistor bipolaire. Outre le circuit de blocage destiné à appli- quer la tension de polarisation inverse au transistor bipolaire afin de le placer à l'état bloqué et le cir- cuit de détermination de la période servant à détermi- ner une période de commutation, le circuit-formant sour- ce d'alimentation en énergie comporte également un circuit De correction i la tension servant à détecter une énergie à haute tension au moyen d'un enroulement auxiliaire du transformateur afin de régler le seuil du circuit de blocage et la tension de charge du conden- sateur de caondecadencée afin de modifier une durée de conduction du transistor bipolaire, de manière à stabiliser la tension de sortie lorsque la tension de la source d'alimentation en énergie diminue ou que la borne de sortie est surchargée. La tension de la source d'alimentation en énergie pour le circuit de blocage est délivrée par l'enroulement de réaction du transformateur, ce qui permet d'éliminer la nécessité d'utiliser une source d'alimentation en énergie pour le seul circuit de blocage, ce qui entraîne une réduction du coût. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description don- née ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1, dont il a déjà été fait mention, est le schéma d'un circuit formant source d'alimenta- tion en énergie classique; la figure 2 est le schéma d'un circuit montrant l'agencement d'un circuit formant source d'alimenta- tion en énergie selon une forme de réalisation de la présente invention; et la figure 3 représente le schéma d'un circuit montrant une partie d'un circuit formant source d'ali- mentation en énergie selon une autre forme de réalisa- tion de la présente invention; On va donner ci-après une description détaillée des formes de réalisation préférées de l'invention. En référence à la figure 2, on va décrire un circuit formant source d'alimentation en énergie selon une forme de réalisation de la présente invention. En se référant à la figure 2, on voit qu'une référence T désigne un transformateur qui possède un enroulement primaire L1, un enroulement secondaire L2 un enroulement de réaction L3 et un enroulement auxi- liaire L4. Le chiffre de référence 1 désigne un tran- sistor bipolaire permettant d'appliquer de façon inter- mittente un courant à l'enroulement primaire L1 du transformateur T. Le collecteur du transistor bipolai- re 1 est raccordé à une source d'alimentation en éner- gie E par l'intermédiaire de l'enroulement primaire L1, et l'émetteur du transistor 1 est mis à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R. La référence C1 désigne un condensateur branché entre le collecteur et l'émetteur du transistor bipolaire 1. Le condensa- teur C1 est agencé de manière à réduire le bruit para- site impulsionnel. Le chiffre de référence 2 désigne un circuit de blocage qui envoie une tension de pola- risation inverse à la base du transistor bipolaire 1 lorsque la tension d'émetteur de ce transistor augmen- te. Le chiffre de référence 3 désigne un circuit de correction de tension. Le circuit 3 est agencé de maniè- re à stabiliser la tension de sortie sur une borne de sortie OUT, d'une manière qui sera décrite plus loin. Le chiffre de référence 4 désigne un circuit de régula- tion de seuil, et le chiffre de référence 5 désigne un circuit de détermination de la période. Le circuit de blocage 2 comporte un transis- tor Q2 servant àdétecter une tension d'émetteur sur le transistor 1, un transistor QI' qui est placé à l'é- tat conducteur/à l'état bloqué sous la commande du tran- sistor Q2' une résistance R branchée entre l'émetteur du transistor bipolaire 1 et la masse, un condensateur Cs et une résistance Rs, qui sont insérés entre la base du transistor Q2 et l'émetteur du transistor bi- polaire 1, un condensateur C2 dont une extrémité est raccordée à l'émetteur du transistor Q1 et dont l'autre extrémité est raccordée à la base du transistor bipolai- re 1, et une résistance R1 branchée entre la base et l'émetteur du transistor QI. Une tension P de la sour- ce d'alimentation en énergie est délivrée par l'enrou- lement de réaction L3, par l'intermédiaire de la diode D1. Le condensateur Cs est agencé de manière à accroître la fréquence de réaction positive. La résis- tance Rs est agencée de manière à régler à nouveau une réaction positive. Le circuit 3 de correction de tension comprend l'enroulement auxiliaire L4, une diode D3 et un conden- sateur C3. Une extrémité de l'enroulement auxiliaire L4 est mise à la masse et son autre extrémité est rac- cordée à l'anode D3. Le condensateur C3 est branché entre la cathode de la diode D3 et la masse. L'anode de la diode D1 et la cathode de la diode D3 sont ac- couplées par l'intermédiaire d'une résistance de réac- tion R5. Le condensateur C3 est chargé par une force contre-électromotrice, avec les polarités représentées sur la figure 1, par l'intermédiaire de la diode D3. Cette force contre-électromotrice est produite par l'en- roulement auxiliaire L4. La tension de charge du con- densateur C3 est utilisée pour commander le fonctionne- ment du transistor Q2 conformément à une impédance du circuit 4 de régulation de seuil. Le circuit 4 de régulation de seuil règle le niveau auquel le transistor Q2 du circuit de blocage 2 doit être placé à l'état conducteur. Le circuit 4 de régulation de seuil est agencé de telle sorte qu'un élément photoémissif d'un optocoupleur est commandé en réponse à une tension de sortie présente sur la borne de sortie OUT, de manière à modifier une impédance d'un élément de réception de la lumière, branché entre la base du transistor Q2 situé dans le circuit de blocage 2 et la cathode de la diode D3 située dans le circuit 3 de correction de tension. En d'autres termes le seuil du circuit de blocage 2 est réglé par le renvoi par réaction de la tension de sortie, ce qui entraîne une stabilisation de la tension de sortie. Le circuit 5 de détermination de la période commande la période de commutation du transistor bipolaire 1. Le circuit 5 de détermination de la période comprend une diode D2, une résistance R2, et un condensateur de commande cadencée CT et une résistance R4. La diode D est raccordée en série avec la résistance R2. Ce circuit série est branché entre la base et l'émetteur du transistor bipolaire 1 de manière à protéger ce dernier. Une résistance R est montée en série avec le condensateur de commande cadencée CT et ce circuit série est branché entre l'anode de la diode D1 et la masse. Ce condensateur de commande cadencée CT est chargé par l'intermédiaire du transistor bipolaire 1 de telle sorte que le côté du condensateur CT, relié à la masse devient positif, lorsque le transistor bipolaire 1 est placé à l'état conducteur. Lorsque le transistor bipolaire 1 est po- larisé en inverse et est bloqué, le condensateur CT se décharge. Ce fonctionnement de charge/décharge du condensateur CT est répété de manière à déterminer la période de commutation du transistor. Il faut noter qu 'une résistance de démarrage R3 est branchée entre la phase du transistor bipolaire 1 et la source d'alimentation en énergie E. On va décrire ci-après le fonctionnement du circuit formant source d'alimentation en énergie possé- dant l'agencement décrit ci-dessus. Un courant délivré par la source d'alimentation en énergie E pénètre dans la base du transistor bipolaire 1 en traversant la ré- sistance R3. Le courant traverse en outre l'enroule- ment de réaction R3, la résistance R4 et le condensateur de commande cadencée CTde manière à charger ce conden- sateur. Le transistor bipolaire 1 est placé à l'état conducteur en réponse au courant de base de manière à exciter l'enroulement primaire L1 du transfoemteur T. Une tension est induite dans l'enroulement de réac- tion L3. Cette tension est appliquée à la base du tran- sistor bipolaire en vue d'accroître la tension de base, ce qui provoque rapidement la mise a l'état conducteur de ce transistor bipolaire 1. Le condensateur de commande cadencée CT est chargé par un courant traversant l'enroulement de réac- tion L3, la base du transistor bipolaire 1, l'émetteur de ce transistor, la résistance R et la masse, et ce dans l'ordre cité. Dans ce cas, le côté du condensateur de commande cadencé CT, qui est relié à la masse, est chargé positivement. Une tension correspondant à un facteur d'amplification du courant est produite sur l'émetteur du transistor bipolaire 1, et une différen- ce de potentiel aux bornes de la résistance R est accrue. Le transistor Q2 est placé alors à l'état conducteur. L'impédance du circuit 4 de régulation de seuil contri- bue à réaliser la mise à l'état CONDUCTEUR du transis- tor Q2. Simultanément le transistor Q1 est placé à l'é- tat conducteur, si bien que les porteurs sont extraits rapidement de la base du transistor bipolaire 1 et par suite de l'arrivée des porteurs charges par le conden- sateur C2. Il en résulte que le transistor bipolaire 1 est placé instantanément à l'état bloqué. Le courant traversant l'enroulement primaire L1 diminue rapidement de manière à produire une tension antagoniste dans l'enroulemenet de réaction L3. Cette tension antagonis- te charge le condensateur C2 par l'intermédiaire de la diode D1. Simultanément le condensateur de commande cadensée CT se décharge par l'intermédiaire de la mas- se, de la résistance R, de la résistance R2, de la diode D2et de l'enroulement de réaction R3, dans l'ordre cité. Le transistor bipolaire 1 est polarisé en inver- se de manière à réaliser la neutralisation des porteurs de la base. Un courant traverse l'enroulement secon- daire L2 lorsque le courant traversant l'enroulement L1diminue rapidement, si bien que ledit courant est redressé et est lissé par la diode D4 et par le conden- sateur C'. Ensuite un courant de base traverse le tran- sistor bipolaire en passant par la résistance R3 de manière à placer à l'état conducteur le transistor 1. Un courant traverse l'enroulement primaire L1. Le fonc- tionnement ci-dessus se répète alors. On va décrire le fonctionnement du circuit 3 de correction de tension. Ce circuit sert à compenser une chute de tension de la source d'alimentation en énergie E ou une chute de tension présente sur la bor- ne de sortie OUT et provoquée par une surcharge. Lors- qu'une chute de tension apparaît sous l'effet d'une surcharge, le courant traversant l'enroulement auxiliai- re L4 augmente et la tension aux bornes du condensa- teur C augmente également. Lorsque la tension aux bornes3du condensateur C3 augmente, le courant traver- sant le circuit de blocage 2 est accru par le circuit 4 de régulation de seuil, et la durée de CONDUCTION du transistor Q2 est raccourcie. Il en résulte que la du- rée de décharge du condensateur C2 et par conséquent la période de commutation du transistor bipolaire 1 sont sont raccourcies. L'énergie appliquée à l'enroulement primaire L1 est accrue de manière à augmenter la tension de sortie. En d'autres termes la tension de sortie peut être stabilisée. Comme cela a été décrit de façon détaillée, le transistor bipolaire 1 répète une commutation à grande vitesse. Les porteurs subsistants dans la base du transistor bipolaire sont rapidement extraits par le condensateur C2, et ia fréquence de répétition peut être égale à un multiple de la fréquence du circuit for- mant source d'alimentation en énergie classique. La tension P de la source d'alimentation en énergie pour le circuit de blocage 2 est envoyée à partir de l'enrou- lement de réaction L3. Dans ce cas l'enroulement de réaction L3 peut comporter un enroulement de réaction à prise comme représenté sur la figure 3, ce qui permet d'obtenir une tension supérieure à celle de l'agencement représenté sur la figure 2. Le transformateur T comporte de préférence un circuit magnétique possédant un entre- fer afin d'éviter la saturation magnétique. Conformément au circuit formant source d'ali- mentation en énergie de la présente invention, la fré- quence de commutation peut être fortement accrue de ma- nière à permettre une réduction des dimensions du trans- formateur et du condensateur, ce qui fournit un circuit formant source d'alimentation en énergie compact, et d'un faible coût. Il est possible d'empêcher la réduc- tion du rendement, provoquée par un agencement à haute fréquence. Dans la forme de réalisation ci-dessus, le transistor bipolaire de commutation peut être commuté de façon instantanée, ce qui fournit une amélioration du rendement de 70 à 80 %. En outre la chaleur produite par le circuit formant source d'alimentation en éner- gie peut être également réduite et la durée de commu- tation peut être réglée de façon variable. En outre étant donné que la vitesse de réponse de la charge peut être accrue et que la tension de sortie peut être stabilisée, il est possible d'utiliser de façon appro- priée le circuit formant source d'alimentation en éner- gie sous la forme d'un circuit compact formant source d'alimentation en énergie pour un ordinateur. REVENDICATIONS 1. Circuit formant source d'alimentation en énergie à commutation, permettant de réaliser la commu- tation intermittente d'un courant dans un enroulement primaire L1 d'un transformateur (T) conformément à une commutation répétée d'un transistor bipolaire (1) en vue de redresser et de lisser une tension induite dans un enroulement secondaire (L2) dudit transformateur, ce qui permet d'obtenir une tension de sortie, caracté- risé en ce qu'il comporte: - un circuit (5) de détermination de la période, comportant une résistance (R2) et un condensateur de commande cadencée (CT) et, raccordée entre ces éléments, une extrémité ou une prise centrale d'un enroulement de réaction (L3) dudit transformateur (T) et la masse, ledit condensateur de commande cadencée (CT) étant chargé par une polarité de manière à polariser en inverse ledit transistor bipolaire (1), lorsque ce dernier est placé à l'état cohducteur, et étant ensuite déchargé de maniè- re à placer à l'état blocqué ledit transistor bipolaire au moyen d'une tension de charge dudit condensateur, et - un circuit de blocage.(2) servant à charger un condensateur (C2) par une tension induite par ledit enroulement de réaction (L3), dont l'autre extrémité est raccordée à la base dudit transistor bipolaire (1), et servant à appliquer la tension de charge sous la forme d'une tension de polarisation inverse entre la base et l'émetteur dudit transistor bipolaire (1) par l'inter- médiaire d'un transistor (Q1) lorsqu'une tension pré- sente aux bornes d'une résistance (R) branchée entre l'émetteur du transistor bipolaire i1) et la masse atteint un niveau prédéterminé. 2. Circuit formant source d'alimentation en énergie à commutation servant à réaliser la commutation intermittente d'un courant dans un enroulement primaire (L1) d'un transformateur (T) conformément à une commu- tation répétée d'un transistor bipolaire (1) de maniè- re à redresser et à lisser une tension induite dans un enroulement secondaire (L2) dudit transformateur, de manière à obtenir une tension de sortie, caractérisé en ce qu'il comporte: - un circuit (5) de détermination de la période comportant une résistance (R2) et un condensateur de commande cadencée (CT) et, raccordé entre ces éléments, une extrémité ou une prise centrale d'un enroulement de réaction (L3) dudit transformateur (T) et la masse, ledit condensateur de commande cadencée (CT) étant chargé par une polaritê de manière à polariser en inverse ledit transistor bipolaire (1) lorsque ce dernier est placé à l'état conducteur, et étant ensuite déchargé de maniè- re à placer à l'état bloqué ledit transistor bipolaire au moyen d'une tension de charge dudit condensateur; - un circuit de blocage (2) servant à charger un condensateur (C2) par une tension induite par ledit enroulement de réaction (L3), dont l'autre extrémité est raccordée à la base dudit transistor bipolaire (1), et servant à appliquer la tension de charge sous la forme d'une tension de polarisation inverse entre la base et l'émetteur dudit transistor bipolaire (1) par l'inter- médiaire d'un transistor (Q1) lorsqu'une tension pré- sente aux bornes d'une résistance (R) branchée entre l'émetteur du transistor bipolaire (1) et la masse atteint un niveau prédéterminé; et - un circuit (4) de correction de tension ser- vant à déterminer l'énergie à haute tension par inser- tion d'un enroulement auxiliaire (L4) dans ledit trans- formateur (T), la correction d'un seuil dudit circuit de blocage (2) et de la tension de charge dudit condensa- teur de commande cadencée (CT)fe lamise dudit transis- tor bipolaire (1) plusieurs fois à l'état CONDUCTEUR et à l'état BLOQUE. 3. Circui selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce qu'une tension de la source d'alimenta- tion en énergie pour ledit circuit de blocage (2) est délivrée par ledit enroulement de réaction (L3) dudit transformateur (T).