Brevet FR2599571A1 — publié le 19871204

CONVERTISSEUR A DECOUPAGE ASYMETRIQUE La présente invention se rapporte aux convertisseurs à découpage asymétriques et plus particulièrement aux convertisseurs du type forward permettant à partir d'une tension obtenue par redressement et filtrage d'une tension du réseau électrique ou par une source continue, d'obtenir une tension périodique dont les impulsions ont une fréquence donnée, afin d'alimenter une charge de type L.C constituant le filtre de sortie d'une alimentation à découpage. Dans un montage forward il est connu que la polarisation du flux dans le circuit magnétique du transformateur limite l'excursion en induction, cette induction variant de l'induction rémanente à l'induction maximale. Ainsi pour des fréquences de découpage usuelles (20 à 50 kHz) on utilise des transformateurs qui sont d'autant plus volumineux que l'on veut obtenir une grande excursion de l'induction. Par ailleurs, lorsque les fréquences à découpage sont plus élevées (100 à 400 KHz) ce sont alors des pertes dans le circuit magnétique qui limitent à nouveau l'excursion en induction. Pour récupérer l'énergie magnétisante, on utilise classiquement un enroulement supplémentaire qui sert à réinjecter cette énergie dans le réseau. L'emploi d'un enroulement supplémentaire alourdit la conception du transformateur. Une autre solution consiste à ne pas utiliser d'enroulement supplémentaire mais un circuit de récupération d'énergie comportant un condensateur. Cette solution est décrite dans la demande de brevet Thomson-CSF publiée sous le N" 2 S58 021. Cette solution a l'avantage de réduire considérablement l'encombrement. Dans cette demande un transistor bipolaire délivre les impulsions de commande sur l'enroulement du primaire. Un deuxième transistor bipolaire associé à une diode, permet de restituer l'énergie magnétisante stockée dans le condensateur pendant la durée qui s'écoule entre deux impulsions de commande. L'ouverture de l'un entraîne avec un certain décalage dans le temps la fermeture de l'autre, mais les temps de stockage dans les transistors font qu'il se produit un retard supplémentaire entre l'ouverture de l'un par rapport à la fermeture de l'autre. I1 y a donc une contrainte au niveau de la commande des deux transistors due aux temps de stockage de ces deux transistors.La diode connectée entre l'émetteur de ces deux transistors permet d'éviter les surtensions en cas d'un retard sur la fermeture du transistor qui autorise la restitution de énergie au primaire, par rapport à l'ouverture du transistor de commande. La présente invention permet d'améliorer ce dispositif en supprimant ces contraintes et propose un convertisseur à découpage asymétrique dans lequel la restitution d'énergie magnétisante vers le réseau est commandée par commutateur bidirectionnel actionné par le signal de commande de commutation. La présente invention a donc pour objet un convertisseur à découpage asymétrique comportant un transformateur, un circuit de commande à découpage et un circuit de récupération de l'énergie magnétisante de l'inductance du primaire, caractérisé en ce que le circuit de récupération d'énergie est commandé par un commutateur bidirectionnel qui réalise également la commande à découpage. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ciaprès, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente le schéma d'un convertisseur selon l'in invention; - la figure 2 représente une réalisation particulière du commutateur selon la figure 1; - la figure 3 représente les courbes du signal de commutation S, du courant magnétisant et de la tension aux bornes du condensateur 13 selon la figure 2. Le convertisseur à découpage asymétrique représenté sur la figure 1, est un quadripole à deux bornes d'entrée 1, 2, alimentées par une source d'alimentation VE obtenue à partir d'une tension VR redressée et filtrée provenant d'un réseau électrique ou d'une source continue. Ce quadripôle comporte deux bornes de sortie 3, 4 délivrant une tension VS obtenue par découpage de la tension d'entrée VE. Un condensateur polarisé 5 est connecté entre les bornes d'entrée 1, 2 et permet de découpler le convertisseur de la source d'alimentation. Une borne 6 de l'enroulement primaire 7 d'un transformateur 8 est connecté au potentiel de la borne 1. Une borne 9 de cet enroulement 7 est connectée à l'actionneur 10 d'un commutateur bidirectionnel 30. Cet actionneur 10 peut se mettre sur les positions 11 ou 12 en fonction du signal de commande de commutation. La borne 1 1 est reliée à la borne négative de l'alimentation VE. La borne 12 est reliée à cette même borne par l'intermédiaire d'un condensateur 13. Le circuit côté secondaire comporte l'enroulement 18. L'anode d'une diode 16 est reliée à une borne 17 de l'enroulement secondaire 18 du transformateur. Une diode 19 est connectée entre la cathode de la diode 16 et la deuxième borne 20 de l'enroulement 18. Un filtre du type L.C est connecté aux bornes de la diode 19. Ce filtre comprend une inductance 21 dont une borne est reliée à la cathode de la diode 19 et l'autre à la borne de sortie 3 et un condensateur polarisé 22 connecté entre les bornes de sortie 3 et 4. L'actionneur 10 du commutateur 30 reçoit des impulsions de commande qui lui permettent de se placer sur une position 1 1 ou une position 12. Lorsque l'actionneur est placé sur la position 11, l'enroulement du primaire se trouve relié au pôle négatif de l'alimentation (VE). Pendant toute la durée TON de l'impulsion de commande le circuit côté primaire est fermé. La self inductance 7 du primaire du transformateur 8 qui représente à la fois l'inductance propre Lp et l'inductance de fuite Lf, emmagasine de l'énergie. L'énergie délivrée par la source d'alimentation est transmise par le transformateur au circuit côté secondaire. Pendant le reste du temps de la période T du signal de commande, c'est-à-dire pendant la durée TOFF = TOTON l'actionneur est placé sur la position 12. Le courant magnétisant ne disparaît pas mais décroît jusqu'a4 une valeur 4m Pendant la phase de décroissance du courant jusqu'a' 0, le condensateur 13 se charge. Lorsque le courant décroît jusqu'à une valeur Im, le condensateur se décharge.Les charges stockées dans le condensateur 13 retournent vers le réseau à travers le primaire 7 en produisant une polarisation inverse de l'induction dans le transformateur pendant la durée de la décharge. Du fait de l'utilisation d'un commutateur bidirectionnel 30, il n'y a aucun risque que le condensateur 13 se décharge pendant l'alimentation du transformateur, il n'y a donc aucun risque que le transformateur se sature. Sur la figure 2, on a représenté une réalisation particulière de l'invention. Le commutateur 30 relié au point 9 du transformateur 8 qui n'est pas redécrit est réalisé par deux transistors MOS. Le transistor 31 a sa grille reliée à la borne positive 33 de l'alimen- tation (V+) de commande de commutation qui délivre le signal périodique S. Le transistor 32 a également sa grille reliée à cette borne positive (V+). Le drain du transistor 32 et la source du transistor 31 sont reliés à la borne négative 2 de cette alimentation et qui correspond à la tension VE- d'entrée. Le drain du transistor 31 est relié à une borne du condensateur 13 et la source du transistor 32 est reliée à l'autre borne de ce condensateur. Les impulsions de commande du signal S sont donc appliquées entre la grille et le point commun 34 drain-source des deux transistors. Ce même signal permet de bloquer l'un des deux transistors pendant que l'autre est passant. Il permet par conséquent d'obtenir le découpage de la tension d'entrée et aussi de commander le circuit de récupération d'énergie. Sur la figure 3, on a représenté l'allure des courbes du signal de commande S, du courant magnétisant Ip et de la tension Vc aux bornes du condensateur 13, en fonction du temps. Pendant la durée TON, le signal S, a une amplitude V, le courant magnétisant qui était à une valeur 4m croît jusqu'à une valeur +1m Le condensateur est déchargé. Lorsque le signal S a une amplitude nulle, le courant magnétisant décroît jusqu8 0, le condensateur se charge de la valeur +VE à la valeur Vf. Lorsque le courant magnétisant atteint la valeur ~Imw le condensateur s'est déchargé, la tension à ses bornes chute de Vf à VE. Les deux transistors MOS réalisent la fonction de commutateur bidirectionnel, du fait de la symétrie dans leur fonctionnement. I1 sont pour cela commandés par le même signal, qui de ce fait permet d'obtenir le découpage de la tension d'entrée et la récupération d'énergie magnétisante pour la restituer au réseau pendant l'absence d'alimentation du transformateur. L'invention permet d'atteindre des fréquences à découpage jusqu$ I MHz sans perte de rendement et contribue à la miniaturisation des alimentations à découpage. RE VENDICATIONS 1. Convertisseur à découpage asymétrique comportant un transformateur (8) un circuit de commande à découpage, et un circuit de récupération (13) de l'énergie magnétisante de l'inductance du primaire (7), caractérisé en ce que le circuit de récupération d'énergie (13) est commandé par un commutateur bidirectionnel (30) qui réalise également la commande à découpage. 2. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le commutateur bidirectionnel (30) est constitué par deux transistors MOS (31, 32) dont la grille est commandée par un même signal périodique S. 3. Convertisseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un condensateur (13) est connecté entre le point commun (9) du primaire du transformateur (8) et le drain d'un des deux transistors (31) et la source de l'autre transistor (32). 4. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le signal à découpage S est appliqué entre la grille des deux transistors et le point commun (34) formé par le drain de l'un et la source de l'autre. 5. Convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une borne (6) de l'enroulement du primaire est reliée à la borne positive de la tension d'alimentation (VE+) et en ce que le point commun (34) drain-source des transistors (31, 32) est relié à la borne négative de la tension d'alimentation (VE-).