Brevet FR2618922A1 — publié le 19890203

PROCEDE D'ADAPTATION D'UN GENERATEUR DE PUISSANCE A UNE CHARGE La présente invention se rapporte aux procédés qui permettent dJadapter un générateur de puissance à une charge pour obtenir un rendement maximum de l'énergie fournie par ce générateur et protéger å la fois celui-ci et la charge qu'il alimente. Ellle permet notamment de mettre en parallele facilement plusieurs générateurs. Il est connu que, lorsque lton dispose d'un générateur ayant une tension de sortie & vide U et une résistance e interne Rs, on obtient le maximum d'énergie de ce générateur en le faisant débiter sur une charge ayant une résistance RCh égale & à R. En courant alternatif les impédances doivent être conjuguées1 c'est-8-dire Z =Z+ En haute fréquence cette s ch adaptation permet en outre de prévenir l'apparition d'ondes stationnaires et la réflexion d'une partie de l'énergie de la charge vers le générateur. Toutefois une telle adaptation conduit & dépenser en pure perte autant d'énergie dans le générateur que dans la charge.De même, si en haute fréquence on utilise souvent une résistance en série ou en parallèle avec la charge, on gaspille en pure perte dans cette résistance une part de l'énergie fournie par le générateur. Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose d'effectuer sur le générateur de puissance une contre-réaction portant simultanément sur la tension appliquée å la charge et sur le courant qui parcourt celle-ci. Le générateur se comporte ainsi comme s'il avait une impédance de sortie déterminée par cette contre-réaction, sans toutefois qutil y ait de puissance dissipée dans cette impédance. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la description suivante faite en regard des figures annexées qui représentent - la figure 1, le schéma de base d'un générateur relié à une charge selon un procédé suivant l'invention - la figure 2, le schéma de deux générateurs selon l'invention, reliés & une charge commune - la figure 3, le diagramme tension-courant de chacun des générateurs de la figure 2 La figure 4, le schéma d'un générateur selon l'invention, alimentant un moteur - la figure 5, le schéma d'un générateur selon l'invention servant de générateur d'impulsions pour alimenter un émetteur radar. Sur le schéma de la figure 1, le générateur de puissance est formé d'un amplificateur 10 & grand gain et faible impédance de sortie. L'entrée différentielle + de cet amplificateur est reliée à la masse et l'entrée différentielle - est reliée à une tension pilote U par l'intermédiaire d'une résistance R1 e Cette résistance R1 comprend le cas échéant la résistance de sortie du générateur fournissant la tension U e La sortie de l'amplificateur alimente une charge 11 de résistance R ch sous une tension de sortie U . Cette tension ch s de sortie est appliquée & l'entrée - par une résistance R2. La charge 11 est reliée & la masse par une résistance R4 de valeur très inférieure å RCh.Le courant de sortie I s parcourt la charge en développant & ses bornes une tension Uch sensiblement égale à U . Ce courant est s sensiblement égal au courant qui parcourt R4 et la tension aux bornes de R4 est donc sensiblement proportionnelle à Cette tension est appllquée à l'entrée - par une résistance R3 de valeur très supérieure à R4 pour que les hypothèses ci-dessus soient valables. On a ainsi réallsé une contre-réaction fonction à la fois de la tension de sortie appliquée à la charge et du courant qui parcourt celle-ci. Compte tenu du très grand gain de l'amplificateur, le courant et la tension sur son entre - sont négligeables et on peut écrire au niveau de cette entrée iR1 + iR2 + iR3 = o Compte tenu des termes négligeables en raison des valeurs vues ci-dessus, on obtient en développant cette formule formule s'écrit Par analogie avec la formule donnant la tension appliquée à une charge alimentée par un générateur, tout se passe comme si la charge 11 était alimentée par un générateur de tension à vide - E UE et de résistance interne On peut donc ajuster R5 & la valeur voulue à l'intérieur d'une plage très large et faire par exemple RS-Rch, ce qui correspond å l'adaptation proprement dite au sens du transfert de puissance. Gn grand avantage de ce procédé est qu'il y a une très faible perte d'énergie, même pour une valeur de R5 relativement grande. En effet la résistance R4 qui est parcourue par la quasi totalité du courant de sortie I est de s très faible valeur, et les résistances R2 et R1, qui sont de grande valeur, ne sont parcourues que par un courant négligeable devant i s On peut alors se demander par où le courant I8 passant par la masse en sortie de R4 est rebouclé, puisqu'il ne peut manifestement pas passer par l'entrée + dont l'impédance est très grande, ni par R1 qui doit aussi être très grande pour éviter une dissipation d'énergie. En fait ce courant se reboucle par la masse de l'alimentation de l'amplificateur 10. Comme il y a quatre valeurs de résistances (R1 à R4 > à choisir, et deux relations principales entre elles coefficient sur la tension à vide ; et le choix de ces valeurs est large et tient compte de paramètres secondaires tels que les dérives éventuelles du générateur 10. I1 faut toutefois prendre garde choisir une valeur de R4 faible devant R ch pour les raisons vues plus haut. Au lieu d'utiliser une simple résistance- on pourra d'ailleurs utiliser un dispositif & effet Hall, qui délivre une tension relativement importante proportionnelle au courant qui le traverse, en provoquant une chute de tension très faible. De même on pourra éventuellement commuter certaines des résistances pour en modifier la valeur, et donc celle de Rs, en fonction de différents paramètres, comme par exemple les variations d'impédance de la charge. Enfin ce montage fonctionne également en courant alternatif en utilisant des impédances complexes. L'invention est particulièrement utile pour mettre en parallèle plusieurs alimentations, par exemple du type convertisseur C-C (continu-continu). On sait en effet qu'une alimentation est normalement conçue pour avoir une résistance interne très faible. Dans ces conditions, compte tenu des dispersions inévitables sur la tension de sortie, on constate que lorsque l'on met en parallèle deux alimentations I une d'entre elle atteint son débit de saturation avant que l'autre se mette à débiter, ce qui présente de graves inconvénients. Bien entendu la situation est la même lorsque l'on met en parallèle plus de deux alimentations. On a représenté sur la figure 2 deux alimentations conformes à l'invention, mises en parallèle pour alimenter une charge commune 11. L'une de ces alimentations comporte un convertisseur 111 du type C-C dont l'entrée de régulation est réunie à la sortie d'un amplificateur différentiel à grand gain 110. La sortie + du convertisseur est réunie à l'entrée - de l'amplificateur par une résistance R12 et la sortie - directement à l'entrée +. Le convertisseur délivre entre ses sortie + et - une tension U51 et alimente la charge 11, directement par sa sortie +, et par l'intermédiaire d'une résistance R14 par sa sortie -. Le point commun à cette résistance R14 et & la charge est réuni à entrée - de l'amplificateur par une résistance R13. Une tension de reférence Ucî est appliquée par une résistance R11 entre les entrées - et + de l'amplificateur. Ce montage est donc tout b fait semblable à celui de la figure 1, si ce ntest que l'amplificateur différentiel pilote un générateur de puissance. L'autre alimentation est identique à la première avec les éléments d'indice 2i qui correspondent à ceux d'indice li. Elle est pilotée par une tension Ue2 et délivre une tension Us2. Elle est connectée à la charge entre sa sortie + et la résistance R24. De cette manière on peut donner à ces alimentations une résistance interne suffisante pour que leur mise en parallèle n'entraîne pas un déséquilibre entre elles, tout en évitant les inconvénients habituels dus à cette résistance interne, puisque celle-cl est fictive. De plus il est aisé de prévoir une sécurité contre les surcharges en modifiant la résistance interne en fonction du courant débité. Pour cela on prévoit un dispositif à seuil qui vient commuter au moins l'une des résistances R12 à R14 de manière à augmenter consldérablement la résistance interne lorsque l'intensité de sortie de l'alimentation dépasse ce ou ces seuils. I1 est d'affleures préférable de ne commuter que R12 ou Rl3, puisque celles-ci ne sont pas parcourues par ce courant de sortie, à l'inverse de R14. On peut par exemple, comme représenté sur la figure 3, prévoir une résistance interne telle que la tension V aux bornes de la charge chûte régulièrement d'une valeur V + 2% pour n un courant de sortie I nul â une valeur nominale V pour un n courant de sortie nominal In. Lorsque ce courant de sortie atteint sa valeur nominale, un dispositif à seuil commute par exemple R13 pour que la résistance interne soit telle que V chute jusqu a une valeur Vu 5% pour un courant de sortie ayant une valeur de sécurité I faiblement supérieure à I . s n Lorsque le courant de sortie atteint cette valeur un autre dispositif à seuil commute par exemple R12 pour que la résistance interne devienne très élevée et que V chute jusqu'à s'annuler pour un courant de sortie ayant une valeur de court-circuit ICc très faiblement supérieure à Un tel montage permet de régler aussi bien la résistance interne que la tension de sortie, en agissant pour cette dernlère aussi bien sur Ucî que sur R11. On pourra par exemple faire un étalonnage de celle-ci pour une intensité égale rai/2. L'invention est également très utile pour alimenter les moteurs électriques en protégeant simultanément le moteur et son alimentation contre les risques de surcharge, dus notamment au blocage du moteur. On a représenté sur la figure 4 le schéma d'une alimentation tout à fait semblable à celles représentées sur la figure 2, qui alimente un moteur 12 et dont la tension de référence est délivrée par un circuit de commande 13 connecté entre la résistance R1 et l'entrée + de l'amplificateur différentiel 10. Le générateur 11 est un amplificateur à découpage dont la technique est tout à fait semblable à celle du convertisseur C-C 111. L'amplificateur différentiel peut comprendre des circuits de correction non représentés et dont l'usage est connu. La tension appliquée au moteur dépend de celle délivrée par le circuit de commande 13. Lorsque le moteur se bloque alors que cette tension est maximale, l'intensité, tant dans le moteur que dans l'amplificateur 11, n'est plus limitée que par la résistance du circuit d'alimentation, et si cette résistance est faible on risque de détruire aussi bien le moteur que l'amplificateur Dans ce montage conforme à l'invention, il est aisé de fixer une résistance interne qui limite à une valeur non dangereuse le courant de court-circuit en cas de blocage du moteur, en Jouant sur les valeurs de résistances R2 à R4. Comme cette résistance est fictive, i] n'y a pas de dissipation d'énergie dans l'amplificateur et la dissipation d'énergie dans le moteur peut etre limitée pour éviter la destruction de celui-ci. On obtient ainsi une protection intégrale du moteur et de son alimentation. L'invention se révèle également très utile pour réaliser un générateur d'impulsion de forte puissance destiné notamment à alimenter les tubes d'émission des radars. En général ce type de générateur est constitué d'un ou plusieurs éléments intermédiaires qui ramènent sur le générateur de puissance une impédance complexe. Dans un modulateur radar classique une alimentation régulée alimente un circuit à self doubleuse qui charge une ligne à retard. Lorsque le niveau de charge est atteint, on arrête cette charge et on commande un elément de commutation, thyratron au thyristor, pour obtenir l'impulsion. Si l'on veut modifier la durée de l'impulsion il faut changer la ligne à retard, modifier le circuit de charge, etc., pour que l'impédance de la ligne à retard reste parfaitement adaptée au circuit de charge. Pour réaliser cette adaptation, il faut donc régler des éléments de forte puissance. On a représenté sur la figure 5 un générateur d'impulsion pour alimenter un tube d'émission radar 122, utilisant un montage selon l'invention, ce qui permet de moduler la largeur de l'impulsion uniquement en agissant sur le signal d'entrée de ce générateur. Ce générateur comprend comme précédemment un amplificateur différentiel à grand gain 10 connecté de la même manière à des résistances R1, R2, R3. Cet amplificateur peut éventuellement être muni, selon l'art connu, d'un circuit de stabilisation. Le circuit de puis sance est constitué par le primaire d'un transformateur 121, alimenté par une haute tension HT. Le point froid de ce transformateur est réuni, d'une part à la résistance R2 et d'autre part au collecteur d'un transistor 110, qui est ici du type VMOS. Un circuit annexe 123, connu, permet en fin d'impulsion d'évacuer l'énergie accumulée dans le transformateur. Compte tenu des caractéristiques de ce transistor il faut dans ce cas inverser la tension de commande issue de l'amplificateur 10, par un amplificateur-inverseur 210 dont la sortie est reliée à la base du transistor. L'émetteur du transistor est relié à la masse -par l'intermédiaire de la résistance R4. Compte tenu de l'inversion de tension vue cl-dessus, cet émetteur est alors réuni à la résistance R3 par un autre amplificateur-inverseur 310 pour avoir le bon sens de la contre-réaction en courant. Pour maintenir le transistor fermé en dehors des impulsions, la résistance R4 n'est pas reliée directement à l'entrée + de l'amplificateur 10, comme dans les autres exemples de réallsation, mais par l'intermédiaire d'un réseau de polarisation 14, connu en lui-même, qui est connecté à une source de tension BT. La charge est constituée par le secondaire du transformateur, relié au tube d'émission 122. Le signal d'entrée Ue, appliqué à la résistance R1, est formé d'impulsions calibrées que l'on peut modifier dans de grandes proportions sans avoir à modifier les éléments du montage L'impédance de sortie ramenée sur la charge reste constante lors de ces modifications, à condition de veiller à ce que le transistor 110 ne soit pas saturé, ce que l'on - obtient en ne dépassant pas les tensions et intensités maximales pour lesquelles ce transistor a été séIectionné. REVENDICATIONS 1. Procédé d'adaptation d'un générateur de puissance à une charge, caractérisé en ce que l'on rend la tension délivrée par le générateur (l0) sur la charge (11) variable en fonction d'un signal de commande (Ue) et d'un signal de contre-réaction portant simultanément sur ladite tension (R2) et sur le courant (R3, R4) traversant la charge ; le gain des boucles de contre-réaction étant tel que l'impédance de sortie (R1) du générateur ne dépend sensiblement que de cette contre-réaction et que cette impédance ne consomme sensiblement pas d'énergie. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on connecte plusieurs générateurs (111, 211) en parallèle sur une même charge en utilisant l'impédance de sortie de ces générateurs pour équilibrer les courants de sortie des générateurs. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ladite charge est un moteur (12) dont la rotation est commandée par ledit signal de commande et que lton utilise l'impédance de sortie du générateur pour protéger contre les surintensités le générateur et le moteur lors d'un blocage de celui-ci. 4. Procédé selon la revendlcation 1, caractérisé en ce que ledit signal de commande (Ue) est un signal de modulation en impulsions d'un émetteur radar et que ledit générateur commute une source de haute tension (HT) pour envoyer des impulsions de puissance sur un tube émetteur de radar (122).