Brevet FR2600841A1 — publié le 19871231

Onduleur symétrique de puissance à transistors La présente invention se situe dans le domaine des onduleurs de puissance à transistors, engendrant des courants alternatifs de moyenne et haute fréquence à partir d'une source de courant continu. Ces onduleurs sont presque toujours du type symétrique ou push-pull: soit push-pull parallèle à 2 transistors dont les collecteurs ( ou drains) rejoignent le même pôle +Heute-tension ( ±HT) à travers les deux moitiés symetriques du primaire du transformateur de sortie; soit push.pull.série dont les 2 transistors, disposés en série entre les 2 pôles de la source continue, sont alternativement commutés sur la charge placée entre leur point de jonction et le point milieu de la source continue. Le push-pull-série a l'avantage de travailler sur la moitié de la tension d'alimentation (1/2 HT ), mais l'inconvénient de nécessiter 2 circuits d'excitation sans liaison de masse, à l'aide de transformateurs d'excitation.Le push-pull parallèle, dont les 2 émetteurs sont à la masse, permet, au contraife, une excitation facile par liaison directe ou par liaison ROC C résistance/condensa -teur)du pilote aux 2 bases symétriques; par contre, il présente le gros inconvéniènt de soumettre les 2 collecteurs ( ou drains) à la Hautetension totale, cause principale des claquages des transistors de puissance. Le nouveau circuit push-pull selon l'invention, dérivé du push-pull parallèle, conserve tous ses -avantages tout en bénéficiant d'une hautetension d'alimentation réduite de moitié ( 1/2 HT ).Contrairement au montage classique du push-pull parallèle, le primaire du transformateur de sortie ne comporte pas de prise médiane reliée au + HT, mais 2 demiprimaires symétriques dont l'un est relié au + HT et l'autre au point milieu de la source continue ( + I/2 HT);les 2 émetteurs (ou sources) étant reliés, l'un au + 1/2 HT, l'autre au pôle négatif de la source continue. La tension continue d'alimentation de chaque transistor est ainsi égale à la moitié de la haute-tension totale. La sécurité est donc grandement améliorée. De plus, l'excitation des bases ( ou grilles) est très simplifiée et économique.Ces avantages de fiabilité, simplicité et écpno- mie répondent à l'objectif principal assigné à cette invention: appareils robustes et bon marché pour applications au grand public électro-ména. ger, en particulier: générateurs d'ultra-sons pour lave-vaisselle; générateurs de chauffage à induction pour la cuisinière à induction. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'onduleur symétrique à 2 transistors, dérivé du push-pull parallèle, comporte 2 enroulements primaires reliés séparément ,l'un au pale positif de la source continue, l'autre au point milieu de cette source, appliquant à chacun des transi :stors la moitié de la tension continue d'alimentation;un circuit auxiliaire de protection contre le double allumage; un circuit auxiliaire de protection contre les sur-intensités; un circuit simplifié de couplage à la charge pour le chauffage à induction.L'explication du fonctionnement sera faite en référence à 2 dessins: la figure I représente le schéma-bloc complet du nouveau circuit push-pull, avec ses 2 circuits auxiliaires de protection contre le double allumage et contre les sur-intensités; la figure 2 représente le schéma simplifié sans transformateur de sortie, applicable surtout au chauffage à induction.Ces 2 figures sont données à titre d'exemples non limitatifs; elles utilisent des transistors du type Mos-Fet, dont le circuit d'excitation est beaucoup plus simple que celui des transistors bi-polaires; mais le procédé s'applique à toutes les familles dentran- si- ors. Sur la figure 1 , on désigne par :T1 et T2 les 2 transistors Mos de puissance;par 17 et 21 la grille et la source de T1; par 18 et 22 la grille et la source de T2 ; par 19 le drain de T1 relié au + HT par le demi -primaire 23 du transformateur de sortie; par 20 le drain de T2 relié au point milieu N de la source continue par le demi-primaire 24.La source continue comporte 2 condensateurs de forte capacité ( 44-45 ) en série formant diviseur de tension capacitif avec point médian N. La source de T2est réunie, à travers la résistance 28, à la masse M (- HT); la tension continue d'alimentation de T2 est donc la moitié de la hautetension totale (1/2 HT ). La source de T1 est réunie, à travers la résistance 27, au point milieu N; la tension continue d'alimentation de Tlest donc également 1/2 HT. Les 2 transistors du push-pull travaillent chacun à la moitié de la haute-tension d'alimentation.On désigne par I le bloc-pilote ( horloge) à 2 sorties symétriques, par exemple un multivibrateur symétrique; par 2,4,6,8 un réseau de 2 résistances et 2 conden sàteurs en série pour la liaison du pilote à la grille 18 de T2; par3,5, 7,9 un réseau de 2 résistances et 2 condensateurs pour la liaison du pilote à la grille 17 de T1 . Les 2 transistors de puissance T1 T2 sont donc excités symétriquement et leurs courants drain-source parcourant les 2 demi-primaires en sens inverse engendrent un flux magnétique alterna tif, sans composante continue, qui induit dans le secondaire 25 chargé par la résistance 26, le courant alternatif de puissance.Le circuit auxiliaire de protection contre les doubles-allumages transitoires ( conduction simultanée de TI et T2 ) consiste en une porte" " (36) à 2 entrées l'une reliée par le condensateur 29 à la résistance 27 de source de TI l'autre reliée par le condensateur 30 à la résistance 28 de source de T2. En régime normal, les 2 tensions aux bornes de 27 et 28 sont glter- nées, et les 2 entrées de la porte ET étant 0-1 , la sortie de la porte reste au niveau 0.Dès que survient un transitoire de double conduction, les 2 entrées prennent les niveaux 1-1 et la sortie passe au niveau 1 sous forme d'impulsion positive, transmise par le condensateur 31 et la résistance 10 aux 2 grilles 15-16de 2transistors- MOS T3- T4, quidevien; nent simultanément conducteurs( "portes ' et tendent à annuler la transmission des 2 signaux du pilote aux 2 grilles 17-18 de l'étage de sortie. Ce circuit auxiliaire agit donc en limiteur du transitoire de double conduction. On désigne par Il le drain de la porte T3 et par 13 sa source; par 12 le drain de-la porte T4 et-par 14 sa source. Le circuit auxiliaire de protection de l'onduleur contre les sur-intensités transitoires consiste en un amplificateur opérationnel 35 dont les 2 entrées sont désignées par e+ et en et la sortie par S. La liaison de contre-réaction de S verse par les 2 résistances 33-34 sert seulement à définir le gain de l'amplificateur opérationnel 35 Dès que les courants de T1 et T2 dépassent les limites assignées, les tensions sur 27 et 28 dépassent un seuil défini par les diodes 37-38 ( 0,7 volt par diode)et les résistances 39-40.Les impulsions positives de dépassement de ce seuil sont transmises par les condensateurs 41-42 à l'entrée e + de l'amplificateur, dont la sortie S en impulsions positives est transmise par le condensateur 32 aux 2 grilles 15 et I6 des 2 portes T3 T4 qui, atténuant les signaux d'excitation, limitent les sur-intensités. La figure 2 représente un schéma simplifié de l'onduleur nouveau, caractérisé par la suppression du transformateur de sortie, toute indiquée dans le chauffage à induction lorsque l'inducteur n'a pas depôle réuni à la terre. L'inducteur est constitué des 2 il. ductances 23-24 couplées entre elles, ce qui revient à couper l'indue teuren son milieu; ces 2 extrémités séparées allant l'une au +HT et l'autre au point milieu N ( + 1/2HT) ne sont séparées que par le condensateur 44 de forte capacité constituant un court-circuit en haute-fréquen- ce; l'ensemble inducteur 23-24 équivaut à une self unique ,accordée par le condensateur 43,constituant le circuit oscillant à la fréquence demandée; la résistance de charge n'est pas représentée sur le dessin. Sur ces 2 figures I et 2, les mêmes chiffres désignent les mêmes éléments. En résumé,le procédé selon l'invention consiste en un nouveau montage push-pull, dérivé du push-pull parallèle, mais dont les transistors travaillent chacun à moitié de la haute-tension d'alimentation ; ce montage de base étant complété par 2 circuits auxiliaires de protection, l'un contre le double-allumage, l'autre contre les sur-intensités transitoires. Applications principales: lave -vaisselle ultra-sonique; cuisinière à induction. REVENDICATION S - I. Onduleur symétrique de puissance à transistors,dérivé du push-pull parallèle,caractérisé en ce que chaque transistor est alimenté par une tension continue moitié de la haute-tesion d'alimentation; ce montage étant complété par 2 circuits auxiliaires de protection, l'un contre le double allumage, l'autre contre les sur-intensités transitoires. Figure I. 2.0nduleur selon la revendication I, caractérisé en ce que le double allu nwage engendre deux signaux simultanés qui, appliqués aux deux entrées d'une porte ET,entrainent la conduction simultanée de deux portes, atténuant la transmission des signaux d'excitation,limitant ainsi le courant de double conduction. Figure I. 3.Ckduleur selon la revendication I,caractérisé en ce que toute sur-in te1 situé de l'onduleur déclenche une tension de dépassement,que l'on applique à l'entrée d'un amplificateur dont la sortie entraîne la conduction simultanée de deux portes atténuant la transmission des signaux d'excitation,limitant ainsi la sur-intensité. Figure I. 4.0onduleur selon les revendications I,2,3, caractérisé par la suppression du transformateur de sortie, remplacé par deux inductances couplées entre elles et accordées par un condensateur, constituant le circuit oscillant de charge.Figure 2.