Brevet FR2613555A1 — publié le 19881007

La présente invention concerne un dispositif statique de conversion d'énergie, fournissant à partir d'une tension continue ou alternative d'entrée une tension de sortie continue ou alternative régulée. On connatt déjà des dispositifs statiques de conversion, qui comprennent deux onduleurs produisant deux tensions alternatives identiques, mais susceptibles d'être décalés en phase et un transformateur différentiel adapté pour former la somme algébrique desdites tensions déphasées, la variation du déphasage entre lesdites deux tensions permettant le réglage du transfert d'énergie. Chaque onduleur comprend au moins deux commutateurs montés en une configuration au moins en demi-pont dont le point-milieu est relié à un circuit oscillant comportant une self montée de façon à être parcourue par un courant chaque fois que l'un des commutateurs est passant et par un courant de démagnétisation lors du blocage de ce commutateur. Chaque borne de la self est reliée par un condensateur à chaque borne d'entrée du dispositif de conversion. On constate notamment que du côté du point milieu précité un condensateur est monté en parallèle à chacun des deux commutateurs. Ce dispositif statique connu présente un certain nombre d'inconvénients majeurs. Ainsi pendant la phase de la démagnétisation de la self les deux condensateurs parallèles au commutateur se chargent et se déchargent respectivement ce qui établi un circuit d'écoulement de courant qui inclut également les deux autres condensateurs situés du c8té du transformateur différentiel. Ce circuit de courant introduit une inductance supplémentaire parasite dans le dispositif qui constitue une source d'oscillations parasites haute fréquence, c'est-à-dire du bruit. Ce phénomène a également pour conséquence un stockage d'énergie supplémentaire dans l'ensemble du circuit, ce qui est un effet parasite, avec dissipation de cette énergie par effet "Joule". Un autre inconvénient du dispositif connu réside dans le fait que la commutation intervient lorsque la tension aux bornes des commutateurs est déjà devenue négative, ce qui donne lieu à une recirculation importante de l'énergie vers la source occasionnant des pertes dynamiques et statiques. Etant donné que cette énergie doit également être stockée, il faut augmenter de façon appropriée la capacité de stockage de la self. L'invention a pour objectif de proposer un dispositif de conversion qui ne présente pas les inconvénients qui viennent autre énoncés. Pour atteindre ce but, le dispositif de conversion selon l'invention est caractérisé en ce que les moyens condensateurs sont montés en parallèle à la self pour établir un circuit d'écoulement du courant de démagnétisation. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le signal de fermeture d'un commutateur est déclenché à un intervalle de temps prédéterminé avant le passage par zéro de la tension entre ces bornes, cet intervalle tient compte du retard occasionné par le cheminement du signal commutateur, de façon que la fermeture intervienne audit passage par zéro. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels - la figure 1 donne un schéma synoptique d'un dispositif de conversion du même type que le dispositif selon l'invention, et - les figures 2 à 4 montrent schématiquement trois modes de réalisation d'un dispositif de conversion selon la présente invention. Selon le schéma synoptique représenté à la figure 1, un dispositif statique comprend en général deux onduleurs A, B qui produisent deux tensions alternatives identiques à partir d'une tension d'entrée par exemple continue Ue, un transformateur différentiel Td adapté pour effectuer la somme algébrique des deux tensions, un circuit de redressement et de filtrage Rf de la tension produit par le transformateur différentiel. Ce circuit de redressement et de filtrage génère à sa sortie la tension de sortie Us. Un circuit horloge H produit des tensions de commande aux onduleurs A, B, un déphaseur Dph étant interposé entre l'horloge et l'onduleur B pour introduire un déphasage entre les signaux alternatifs produits par les deux onduleurs A, B.Un comparateur linéaire Co agit sur le déphaseur Dph par l'intermédiaire d'un circuit de commande du déphasage Cph sous le contrôle d'un élément de référence Ref pour établir le déphasage en fonction de la tension de sortie Us. La figure 1 montre un premier mode de réalisation d'un dispositif statique de conversion selon la présente invention. Chacun des deux modules A, B comprend deux commutateurs I, II adaptés pour fonctionner chacun en thyristor dual, qui sont montés en une configuration en demi-pont entre les bornes d'entrée de laquelle est présente la tension d'entrée Ue. Le point -milieu de ce montage est relié à un circuit oscillant comprenant une self L1 qui constitue un des enroulements primaires du transformateur différentiel et deux condensateurs C1, C2 montés chacun entre une borne d'entrée et la borne libre de la self reliée à l'enroulement secondaire du transformateur indiqué par Es. Ce point est maintenu fixe à la tension Ue/2. Un condensateur C3 est monté en parallèle sur la self L1. Etant donné que la structure du module B est identique à celle du module A qui vient d'être décrit, on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes composants de circuit. Le circuit secondaire du transformateur comprend deux diodes de redressement D1, D2, une self de filtrage L2 et un condensateur de filtrage C4. Concernant le fonctionnement des commutateurs en thyristor dual, un tel commutateur se met en conduction lorsque deux conditions sont remplies : la tension à ses bornes doit être nulle et il doit avoir reçu un signal de commande. On peut parler d'un amorçage naturel. Le blocage du commutateur est par contre commandé. Le commutateur doit être réversible en courant. Ce commutateur peut être réalisé par l'association d'un commutateur à blocage commandé, tel qu'un transistor bipolaire, un transistor MOS, GTO, etc... avec une diode monté en antiparallèle comme cela est indiqué à la figure. Il existe certains composants qui possèdent déjà cette diode intégrée (Darlington bipolaire transistor MOS, etc...). Quand le commutateur I se met en conduction parce que la tension entre ses bornes passe par zéro et qu'il a reçu un signal de commande approprié , un courant s'écoule à travers ce commutateur et la self L1 et le condensateur C2 se charge tandis que le condensateur C1 se décharge. Le blocage forcé du commutateur 1, par un signal de commande approprié amène la self L1 à générer un courant de démagnétisation qui s'écoule dans le condensateur C3 monté en parallèle à la self L1. On constate que les condensateurs C1, C2 ne participent pratiquement pas à cette démagnétisation de la self, ce qui évite le problème sus-mentionné lors de la discussion de l'état de la technique, de l'introduction d'une inductance supplémentaire parasite et d'un stockage d'énergie supplémentaire, avec dissipation de cette énergie. Le montage en parallèle du condensateur C3 à la self L1 permet donc une diminution des inductances parasites et par conséquent offre la possibilité de travailler à des fréquences très élevées,de réduire le volume du transformateur différentiel et des filtres. En associant à la self L1 un enroulement secondaire et en prévoyant le condensateur C3' dans le circuit de celui-ci comme cela est indiqué en traits fins interrompus on peut créer des conditions permettant d'utiliser des très petits condensateurs à forte tension. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention on crée des conditions telles que le signal de mise en conduction des commutateurs soit présent à l'instant du passage à zéro de la tension entre les bornes des commutateurs. A cette fin on déclenche le signal de commande à un intervalle de temps prédéterminé avant ce passage pour tenir compte du retard que ce signal pourrait subir dans le circuit de commande. Cette commutation à la tension zéro évite toute discontinuité de la tension et du courant et ainsi des oscillations parasites et réduit les pertes dynamiques et statiques dans les circuits. Toutes ces mesures spécifiques de l'invention permettent de réaliser une structure de convertisseur qui peut fonctionner à des fréquences très élevées, évite la production de parasites et le stockage supplémentaire d'énergie qui serait par la suite dissipée par effet "Joule". La figure 3 montre un module d'un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel la self L1 comprend deux moitiés L11, L12, dont le point milieu est relié d'une part, à la borne positive de la tension d'entrée Ue et, d'autre part par un condensateur C5 à l'autre borne de la tension d'entrée. Les deux commutateurs I et II sont montés entre cette dernière borne et la borne libre des enroulements L11, L12. Selon le principe du mode de réalisation représenté à la figure 1, des condensateurs C31, C32 sont montés en parallèles aux enroulements L11 et L12. Ce mode de réalisation est du type push-pull dans la mesure où toutes les tensions sont référencées par rapport à un même potentiel. Ce mode de réalisation est avantageux pour la réalisation de convertisseurs devant fonctionner à des faibles tensions. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 4, les condensateurs C1, C2 utilisés dans le mode de réalisation de la figure 1 sont remplacés par deux commutateurs III, IV du même type que les commutateurs I et II. Les commutateurs I et IV, d'une part, et II et III, d'autre part, sont commandés simultanément. Un condensateur C6 assure le découplage. Ce mode de réalisation permet une utilisation maximale du transformateur pour des fortes puissances, car il y a utilisation maximale du "cuivre" et du "fer" du transformateur. REVENDICATIONS 1. Dispositif statique de conversion d'énergie, fournissant à partir d'une tension continue ou alternative d'entrée une tension de sortie continue ou alternative régulée, du type comprenant deux onduleurs produisant deux tensions alternatives identiques, mais susceptibles d'être décalées en phase, et un dispositif transformateur différentiel adapté pour former la somme algébrique desdites tensions déphasées, la variation du déphasage entre lesdites deux tensions permettant le réglage du transfert d'énergie, chaque onduleur comprenant au moins deux commutateurs, qui sont montés en une configuration au moins en demi-pont dont le point -milieu est relié à un circuit oscillant comportant une self montée de façon à être parcourue par un courant chaque fois que l'un des commutateurs est mis en conduction et par un courant de démagnétisation lors de l'ouverture de ce commutateur, caractérisé en ce que des moyens condensateurs (C3) sont montés en parallèles à ladite self (L1) pour établir un circuit d'écoulement du courant de démagnétisation. 2. Dispositif de conversion selon la revendication 1, comprenant des commutateurs fonctionnant chacun en thyristor dual, caractérisé en ce que le signal de mise en conductiond'un commutateur (I à IV) est déclenché à un intervalle de temps prédéterminé avant le passage par zéro de la tension entre ces bornes, cet intervalle tenant compte du retard occasionné par le cheminement du signal de commande, de façon que la mise en conduction intervienne audit passage par zéro. 3. Dispositif de conversion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux commutateurs (I, II) montés en demi-pont dont le point milieu est relié à la self (L1) qui est connectée par son autre borne aux bornes d'entrée du dispositif par des condensateurs (C1, C2) et qu'un condensateur (C3) est monté en parallèle à ladite self. 4. Dispositif de conversion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la self précitée comprend deux parties d'enroulement (L11, L12) dont le point de jonction est relié à l'une des bornes d'entrée du dispositif, tandis que la borne libre de chaque enroulement est reliée par un commutateur (I ou II) à l'autre borne d'entrée du dispositif et en ce que des condensateurs (C31 et C32) sont montés en parallèle respectivement aux parties d'enroulement (L11 et L12) de la self. 5. Dispositif de conversion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend quatre commutateurs (I, II, III, IV) groupés en deux paires (I, IV et II, III) les commutateurs de chaque paire étant commandés simultanément et situés dans un circuit de part et d'autre de la self précitée (L1) entre les bornes d'entrée du dispositif, un condensateur (C3) étant monté en parallèle à ladite self. 6. Dispositif de conversion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on associe à la self (L1) un enroulement secondaire dans le circuit duquel est monté un condensateur (C3'). 7. Dispositif de conversion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la self (L1) constitue un enroulement du dispositif transformateur différentiel (Td).