Brevet FR2611325A1 — publié le 19880826

La présente invention concerne des appareils électroniques du type convertisseur de potentiel, permettant d'adapter la tension d'une sourçe d'alimentation, alternative ou continue, à la tension nominale de fonctionnement d'un récepteur donné, cette transformation s'éffectuant avec un rendement voisin de l'unité, pour un volume et un poids très inférieurs à ceux des transformateurs ferromagnétiques courants. Dans des dispositifs connus de ce genre, appelés communément "transformateurs électroniques, pour adapter, par exemple, le potentiel d'un réseau alternatif à celui d'une lampe à incandescence à très basse tension, l'on redresse le courant à 50 ou 60 Hz, 220 ou 277 V, dudit réseau, afin d'alimenter en courant polarisé dans un seul sens un oscillateur à fréquence élevée dont l'amplitude du signal de sortie est adaptée par le moyen d'un transformateur à circuit magnétique en ferrite, lequel, utilisé en élévateur ou en abaisseur de potentiel, réalise le transfert d'énergie en assurant un rapport convenable entre la tension nominale dudit réseau et la tension de sortie moyenne recherchée. L'avantage primordial de tels dispositifs réside dans le fait qu'une faible masse de ferrite permet de transformer avec de très faibles pertes électriques une puissance donnée, ce qu'une forte masse ferromagnétique ne peut réaliser qu'au prix de fortes pertes électriques. Dans les faits, si de tels dispositifs sont satisfaisants dans leur principe, ils le sont nettement moins dans les réalisations pratiques dont ils font l'objet. Les dispositifs de ce type les plus répandus actuellement utilisent le principe du "pont": deux commutateurs électroniques connectés en série forment avec deux condensateurs, eux-mêmes connectés en série, les quatre branches d'un pont alimenté par le susdit courant polarisé. Les points milieu des branches ainsi montées en série sont reliés entre eux par le primaire d'un transformateur à circuit en ferrite dont le secondaire qui lui est couplé délivre à la charge de sortie connectée, la tension voulue des que le circuit de commande des commutateurs électroniques précités les rend alternativement conducteurs ou non conducteurs. Ce type de dispositif présente différents inconvénients graves, lesquels affectent principalement la fiabilité et le coût de revient de l'ensemble. En effet, selon ce principe, ces deux commutateurs électroniques montés en série, supportent toute la tension d'alimentation et ne doivent en aucun cas rester à l'état passant ensembles, un temps si minime soit-il, sans courir le risque d'une destruction immédiate dûe à leur conduction simultanée, laquelle se comporte comme un court-circuit par rapport à la sourçe d'alimentation. Or, il est techniquement impossible, avec des moyens simples et bon marché d'assurer avec une parfaite rigueur cette commande de conduction alternée. En outre, ces deux commutateurs électroniques montés en série sur la sourçe d'alimentation ont a supporter, non seulement la tension de crête du secteur considéré, mais encore tous les parasites de forte amplitude véhiculés par les lignes d'amenée, ce qui implique de choisir des composants à Vceo élevés, donc coûteux. D'autre part, les condensateurs constituant les autres branches du pont doivent pouvoir supporter des dI/dT ainsi que des dV/dT considérables, ce à fréquence élevée: ils doivent donc être choisis avec grand soin parmi les modèles les plus performants qui sont aussi les plus chers. Enfin, ces condensateurs doivent être appairés et de valeur bien déterminée, car leur réactance entre normalement dans la fréquence d'oscillation du dispositif, ce qui entraîne un autre inconvénient pratique, celui de limiter excessivement l'inductance primaire du transformateur à circuit ferrite utilisé. Et, de ce fait, cette faible inductance n'est plus apte à limiter le courant qui traverse les commutateurs électroniques et les condensateurs à une valeur aussi faible que possible qu'il serait souhai table de conserver en vue de maintenir une fiabilité optimale. En dernier lieu, ces courants instantanés de valeur élevée induisent des parasites de conduction et par rayonnement difficilement jugulables. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter ces inconvénients, sans pour autant conduire à un prix de revient incompatible avec celui d'un produit équivalent à bon marché. I1 comprend un auto-oscillateur alimenté par une sourçe continue ou le secteur redressé. Cet auto-oscillateur comporte deux commutateurs électroniques connectés en série avec l'inductance primaire d'un transformateur à circuit ferrite. L'ouverture et la fermeture de ces deux commutateurs électroniques n'est plus alternée, elle doit se réaliser en phase. L'inductance primaire du transformateur est connectée entre les électrodes non communes à la sourçe desdits commutateurs électroniques, et une diode convenablement polarisée est connectée respectivement entre des bornes de ladite inductance primaire et une des bornes des bornes de l'alimentation. La circuit de commande des deux commutateurs électroniques est assuré par un micro transformateur de courant commandé par le courant primaire ou secondaire dudit transformateur. Une cellule de déclenchement comprenant un condensateur et sa résistance de charge, associés à un élement à seuil permettent l'initiation du dispositif par le moyen de la décharge brutale de ce condensateur à travers un enroulement couplé audit transformateur. L'auto-oscillateur ainsi constitué permet de passer outre aux inconvénients ci-dessus énumérés, car les commutateurs électroniques ainsi utilisés en phase ne courent plus le risque de destruction par conduction simultanée. Les Vceo des commutateurs électroniques s'additionnent et accroissent la fiabilité du dispositif au regard des surtensions parasites du secteur. L'inductance primaire, insérée entre les deux commutateurs électroniques n'est plus en relation avec des condensateurs de valeur importante mais avec les capacités parasites du circuit qui sont faibles, et de ce fait, sa valeur absolue peut être environ 10 fois plus élevée que dans le cas des dispositifs construits selon l'art antérieur. Ainsi, cette inductance élevée peut-elle protéger les commutateurs électroniques éfficacement lorsque ces derniers sont non conducteurs de même qu'elle peut les protéger non moins efficacement lorsqu'ils sont conducteurs en limitant le courant qui les traverse à une valeur aussi réduite que possible. En réduisant ainsi l'amplitude des courants commutés, l'on réduit aussi considérablement les parasites émis qu'ils se manifestent par conduction ou par rayonnement. Selon une forme de réalisation préférentielle illustrée par la figure unique, ci-annexée, le secteur alternatif est appliqué entre les bornes d'entrée 31 et 32. Une résistance de faible valeur 30, montée en série avec le secteur a un rôle de sécurité et peut être remplacée avantageusement par un fusible convenablement calibré. Le condensateur 29 associé aux inductances de filtrage 27 et 28 a pour rôle de réduire à une valeur négligeable les parasites rejetés sur le secteur. Les diodes 23, 24, 25 et 26 montées en pont, assurent le redressement double alternance du secteur. Le condensateur 22 a pour rôle les découplage du courant redressé, ce, pour les fréquences élevées. Sur chaque borne dudit condensateur de découplage 22 sont respectivement connectées les électrodes communes des transistors 3 et 4. Entre les bornes non communes desdits transistors 3 et 4 est interconnectée l'inductance primaire 15 d'un transformateur. Ainsi, lorsque lesdits transistors 3 et 4 se trouvent à l'etat passant la continuité électrique estelle assurée entre l'une et l'autre borne du secteur redressé. Les diodes 1 et 2 connectées respectivement entre la borne commune d'un desdits transistors et la borne non commune du transistor opposé, assurent la "récupération" par la source d'alimentation des énergies engendrées à la rupture du courant dans le circuit magnétique. Le rôle de ces diodes est essentiel et il vaut mieux les choisir d'un type à faible temps de recouvrement inverse. Les diodes 5 et 7 connectées entre collecteur et base ou collecteur et émetteur des transistors considérés sont destinées a assurer la double circulation du courant dans leur espace collecteur-base. De même, les diodes 6 et 8 connectées entre base et émetteur des transistors considérés sont destinées à assurer la double circulation du courant dans leur espace base-émetteur Les enroulements 9 et 10 du transformateur 35' et 35" de commande délivrent un signal en phase, respectivement appliqué sur l'espace base-émetteur du transistor 3 et sur l'espace base-émetteur du transistor 4. Les resistances 33 et 34 de faible valeur ont pour rôle de limiter respectivement le courant de saturation des transistors 3 et 4. Ces resistances permettent audits transistors de fonctionner dans la zône dite de "quasi-saturation" la plus propice dans de telles conditions de commutation. Les enroulements 12 et 13 du transformateur 35' et 35" de commande sont interconnectés en série avec l'enroulement secondaire 19 du transformateur de sortie 36. Le sens de bobinage des enroulements 15, 19, 12 et 13 est choisi de telle manière que les conditions de phase entre le courant base et le courant collecteur desdits transistors soient réunies pour assurer l'entretien des oscillations lorsque la charge à alimenter est connectée entre les électrodes de sortie 11 et 17. Les enroulements 14 et 16 convenablement orientés sont destinés à induire l'impulsion qui va permettre après mise sous tension du dispositif, d'initier le fonctionnement de l'auto oscillateur ainsi constitué. A cette fin, le condensateur 20 dont une électrode est commune à l'une des des branches de la sourçe d'alimentation, est chargé par la résistance 21 dont une des électrodes est connectée à la branche opposée de ladite sourçe.De cette manière, lorsque la tension de charge du condensateur de faible valeur 20 a atteint la tension de basculement de l'élément à seuil 18, les enroulement 14 et 16 connectés en série et reliés à la borne commune du condensateur 20, sont traversés par une impulsion brève, convenablement polarisée qui rend simultanément conducteurs les transistors 3 et 4: le processus d'oscillation est engagé et son entretien est assuré par les enroulements 9 et 10 couplés respectivement aux enroulements 12 et 13. Dans ce dispositif, le courant d'entretien des oscillations utilisé peut être aussi celui qui traverse le primaire 15. Dans ce cas, les enroulements 12 et 13 montés en série lui seraient également connectés en série. Ce dernier mode de commande comporte cependant un inconvénient- par rapport à la commande réalisée à partir de l'enroulement secondaire 19, car l'entretien des oscillations ntest plus conditionné par la présence de la charge en sortie. Ainsi, dans le cas où le transformateur 36 est mal réalisé, suffirait-il d'une inductance de fuite trop élevée pour risquer un fonctionnement à vide du dispositif, ce qui n'est pas souhaitable. Si les enroulements de commande des bases 9 et 10 sont nécessairement distincts, les enroulements 12 et 13 ainsi que les enroulements 14 et 16 peuvent parfaitement être confondus, le circuit magnétique du micro transformateur 35' et 35" étant alors commun. Il est aussi possible de bobiner directement les enroulements de commande de base 9 et 10 sur le circuit magnétique du transformateur 36. Dans ce cas, les enroulements 12 et 13 deviennent sans objet, et sont supprimés. Un mode de réalisation particulièrement avantageux du dispositif selon l'invention, comporte deux micro transformateurs de commande 35' et 35" bobinés sur deux petits tubes ou tores en ferrite mesurant quelques millimètres de longueur et de diamètre. Les enroulements 9 et 10 comportent alors quelques spires de fil fin émaillé, lesquelles sont tirées dans l'axe du trou central desdits petits tubes ou tores en ferrite. Avantageusement, dans ce cas, les enroulements 12 et 13 ainsi que les enroulements 14 et 16 se réduisent à un même fil isolé tiré à travers ledit trou central de chacun des petits tubes ou tores en ferrite. Une telle solution est particulièrement économique à réaliser. Il est possible, avec le dispositif selon l'invention de faire varier la tension moyenne de sortie en agissant sur la commande de l'angle de phase par rapport au secteur redressé. Il est alors nécessaire de prendre une valeur faible pour le condensateur 22, car, compte-tenu de la forte inductance de l'enroulement 15, il est indispensable de conserver une faible constante de temps de décharge dudit condensateur, ce, en vue de toujours pouvoir retrouver une tension redressée inférieure à la tension de basculement de l'élément à seuil 18. Il suffit alors de remplaçer la résistance 21 par un modèle variable dont la plage de variation ajustée sur la valeur du condensateur 20, réalise une constante de temps variable qui règle le déclenchement de l'impulsion d'initiation des oscillations du dispositif avec un angle de retard donné.La tension d'entrée moyenne redressée peut alors être ajustée, partant la tension moyenne de sortie. En sortie, ce dispositif peut être suivi d'une cellule de redressement destinée à charger une capacité ou une batterie d'éléments électrochimiques. Le filtrage de ce courant redressé peut aussi être réalisé ainsi que la stabilisation, ce d'autant plus facilement que ce courant de sortie à fréquence élevée est aisément filtrable. Le dispositif, objet de l'invention, permet de réaliser un "transformateur électronique" très fiable et très bon marché, ne produisant que peu de parasites. Il peut être utilisé pour alimenter des lampes à très basse tension, pour construire des transformateurs d'isolation, des chargeurs de batterie, des alimentations stabilisées à usage professionnel ou "grand public", etc... Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation envisagés, elle embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif convertisseur de potentiel électrique comprenant deux transistors 3 et 4 de découpage du courant d'une sourçe polarisée, lesquels transistors ayant chacun une électrode commune avec ladite sourçe polarisée, sont connectés en série avec l'inductance primaire 15 d'un transformateur 36, deux diodes de recupération 1 et 2 convenablement polarisées étant connectées respectivement entre l'électrode non commune d'un desdits transistor et l'électrode commune du transistor opposé, caractérisé par le fait que ce dispositif constitue un auto-oscillateur dont les enroulements de commande 9 et 10 couplés magnétiquement au transformateur 36 assurent l'entretien du fonctionnement par la fourniture d'un signal de réaction convenablement déphasé lequel est appliqué cycliquement sur l'espace base émetteur desdits transistors afin de les rendre simultanément conducteurs, de manière à établir un courant cyclique dans l'inductance primaire 15 dudit transformateur 36. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les enroulements de commande 9 et 10 appartiennent à un circuit magnétique indépendant dont le couplage au transformateur 36 est assuré par le moyen des enroulements 12 et 13, connectés de telle sorte que le courant primaire ou secondaire du tranformateur 36 les parcourt suivant une phase convenable. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que les enroulements d'entretien 12 et 13 sont connectés en série avec l'enroulement secondaire 19, de telle sorte que la présence ou l'absence de charge entre les bornes 11 et 17, conditionne la marche ou l'arrêt dudit auto-oscillateur. 4. Dispositif selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que des enroulements supplémentaires 14 et 16 couplés magnétiquement aux enroulements 9 et 10, sont connectés à un circuit de déclenchement comprenant l'élement à seuil 18 associé au condensateur 20 et à la résistance 21, de telle sorte que l'impulsion périodique issue dudit circuit de déclenchement les parcourt assurant ainsi l'initiation dudit auto-oscillateur. 5. Dispositif selon les revendications 1, ou 2, ou 3, ou 4, caractérisé par le fait que les enroulements 9, 12 et 14 appartiennent à un circuit magnétique indépendant 35' et que les enroulements 10, 13 et 16 appartiennent à un autre circuit magnétique indépendant 35". 6. Dispositif selon les revendications 1, ou 2, ou 3, ou 4, caractérisé par le fait que les enroulements 9 et 10 appartiennent à un même circuit magnétique et que les enroulements 12 et 13, ainsi que les enroulements 14 et 16 sont réduits respectivement à un même enroulement dudit circuit magnétique. 7. Dispositif selon les revendications 2, ou 3, ou 4, ou 5, ou 6, caractérisé par le fait que le circuit magnétique sur lequel sont bobinés les susdits enroulements d'entretien est constitué par un ou deux tubes ou tores en ferrite, dont le trou axial reçoit le passage des fils requis, ce passage pouvant se limiter à un seul dans le cas des enroulements 12, 13, 14 ou 16. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que deux diodes 5 et 7 convenablement polarisées sont connectées en parallèle sur l'espaçe collecteur base ou collecteur émetteur des transistors 3 et 4, afin d'établir entre cet espaçe la double circulation du courant. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que deux diodes 6 et 8, convenablement polarisées, sont connectées en parallèle sur l'espace base émetteur des transistors 3 et 4, afin d'établir entre cet espaçe la double circulation du courant. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que deux résistances 33 et 34, de faible valeur, sont respectivement connectées en série avec l'émetteur des transistors 3 et 4, de telle sorte que les enroulements de commande 9 et 10 se trouvent montés en parallèle avec la série constituée par l'une desdites résistances et l'espace base émetteur considéré. 11. Dispositif selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la sourçe polarisée considérée est constituée par le secteur alternatif redressé par le pont de diodes 23, 24, 25 et 26, et découplé par le condensateur 22, les inductances 27 et 28 associées au condensateur 29 assurant le filtrage des rejets sur le secteur.