Brevet FR2625631A1 — publié le 19890707

a presente invention concerne les dispositifs destinés a assurer la mise en conduction alternée des transistors bipolaires utilisés en commutation, notamment dans le cas des convertisseurs a auto-oscillateurs présentant des structures diverses: en pont, push-pull, en demi-pont, direct ou à accumulation. Dans des dispositifs connus de ce genre, notamment en ce qui concerne les brevets français N" 77 12024 et N" 83 18604, americains N" 4,184,128 et NO 4,188,660, an-glais N" 1308578 et finlandais N" 820094, il a été décrit des moyens propres à assurer une telle fonction. De tels moyens, souvent complexes à mettre en oeuvre, impliquent le plus souvent, le fonctionnement du dispositif a partir du secteur alternatif redressé et filtré, de maniere à disposer d'un courant parfaitement continu et non d'une simple enveloppe, image du secteur redressé à double alternance. En effet, dans cette majorité de dispositifs, destinés à alimenter, notamment des charges à résistances négatives telles qu'un tube fluorescent, la commande idoine de la commutation des transistors utilisés, ne peut être obtenue que pour un courant commuté à peu prés constant, ce qui implique une tension continue d'alimentation, et partant, un condensateur électrolytique de forte valeur, dont il faut corriger l'altération du facteur de puissance du courant pris au réseau par l'emploi d'une inductance de forte valeur.Dans de tels cas, si l'alimentation se fait à partir du seul courant secteur redressé, les pertes en energie deviennent considérables, compte tenu du fait qu'il se crée cycliquement des disparités considérables du rapport courant base/courant collecteur du transistor, ainsi qu'une modification du rapport cyclique de l'oscilEateur. Pour certains de ces dispositifs, ces phénomenes ne sont plus genants: si leur sortie charge une impédance à peu pres constante, telle qu'une lampe à basse tension, leur alimentation peut alors- s'effectuer à partir du secteur simplement redressé, ce, sans l'inconvénient d'une inductance de comDensation du facteur de puissance. Cependant, en cas d'impédance variable de la charge, le rendement s'écroule. Le dispositqif, objet de l'invention, permet d'obvier à ces inconvénients et assure un rapport à peu prés constant entre le courant base et le courant collecteur du ou des transistors considérés, ainsi qu'une excellente stabilisation du courant moyen commuté lorsque les variations de la charge ou de la tension instantanée d'alimentation imposent un rapport cyclique ou des niveaux instantaflés de courant très différents. Un tel dispositif peut donc parfaitement fonctionner directement à partir d'un simple redressement secteur, sans modification du facteur de puissance du courant pris sur le réseau, y compris, dans le cas ou la charge connectée en sortie présente une impédance constamment variable, telle celle d'un tube fluorescent à décharge. Ce dispositif, illustré par la figure 1 ci-annexée, comprend le transistor de découpage 4 dont la sortie est charge par l'inductance CI destinée à stocker 1 'énergie convertie qui pourra être évacuée, soit par couplage direct, magnétique ou capacitif. I1 comprend, en outre le micro-transformateur d'impulsions MT dont l'enroulement de commande 11 est traversé par le courant de sortie du transistor 4 ou encore par l'image de ce courant que pourrait fournir un enroulement secondaire couplé à l'inductance CI. L'enroulement secondaire 9 dudit micro-transformateur est connecté aux bornes du circuit série composé par l'espace base/émetteur du transistor 4 et par la résistance variable 7 dont la valeur, par exemple peut être comprise entre 1 et 30 ohms.Le sens relatif du bobinage des enroulement 9 et 11 est choisi de telle maniere qu'une réaction soit obtenue entre l'entrée et la sortie dudit transistor, de manière à assurer l'entretien des oscillations. La sourçe d'alimentation, continue ou secteur redressé est appliquée entre les bornes 1 et 2. L'enroulement 10, couplé aux enroulement 9 et 11, a pour fonction d'appliquer un signal de polarité convenable sur l'électrode de commande du transistor 4, ce, par le moyen, par exemple, de l'élément à seuil 5, lequel libere la charge du condensateur 8, ceci ayant pour effet d'initier le fonctionnement de l'auto-osccilateur ainsi constitué Mais, si l'on considère qu'une isolation galvani que n'est pas nécessaire, la borne de l'élément à seuil 5 commune a l'enroulement 10 peut etre directement connectée a l'électrode de commande du tra-nsistor 4. La diode 6, connectee entre l'électrode d'entrée et 1 'élec- trode commune du transistor 4 est branchée de telle sorte que la double circulation du courant soit assurée au niveau de la jonction base/émetteur de ce dernier. D'autres types de diodes pourraient être utilisées à cette fin, notamment une diode Zener convenablement polarisée. La diode 6 a pour fonction importante de stabiliser le courant moyen commuté, lorsque la fréquence de l'auto oscillatéur varie en fonction de la chargé. La diode 3 a pour rôle d'assurer la double circulation du courant entre le collecteur et l'émetteur du transistor. Lorsque le circuit entre en oscillation, le courant de commande traversant l'enroulement 11 induit entre les bornes de l'enroulement 9 une tension alternative qui se développe entre l'électrode de commande du transistor 4 et la borne 2, créant un courant à travers la résistance 7. Durant l'alternance positive, le courant circule librement à travers la jonction base/émetteur du transistor 4, mais durant l'alternance négative, cette jonction se trouve polarisée en inverse, ce qui est intéressant pour améliorer la recombinaison des porteurs minoritaires, si tant est que cette tension inverse ne crée pas dans ladite jonction un courant inverse trop relevé: ctest le rôle de la diode 6, laquelle limite cette tension inverse a une valeur non destructive. Le courant circulant à travers la susdite jonction engendre un courant amplifié dans l'espace collecteur/émetteur du transistor 4. Ce courant amplifié, se présente général en ment sous la forme d'impulsions de forte amplitude et de faible duree, lesquelles développent entre les bornes de la résistance 7 une tension proportionnelle audit courant. Cette tension est de même signe, par rapport à la borne 2 que la tension appliquée par l'enroulement 9 a l'électrode de commande du transistor 4. Ainsi, la valeur de la -résis- tance 7 etant convenablement ajustée en fonction, notamment du gain dynamique du transistor considéré et en fonction des caractéristiques du micro-transformateur de commande MT, est-il possible de parfaitement équilibrer le niveau de saturation du transistor 4.En effet, lorsque le courant émetteur de ce transitor croit trop, la tension développée -entre les bornes de la résistance 7 augmente sérieusement, s'opposant, de facto, à la tension de commande issue de l'enroulement 9: une stabilisation du regime de quasi saturation du transistor peut alors être obtenue, régime assurant les pertes minimales, et la fiabilité maximale de ce composant utilisé en commutateur. En corollaire, un des avantages supplémentaire de ce dispositif, est, du fait de la. régulation des pointes de courant ainsi obtenue, de pouvoir réduire, par voie de conséquence, la saturation du materiau magnetique de l'inductance constituant la charge que commande le transistor 4. Ce dispositif permet donc d'économiser sur la géométrie de la pastille de silicium du transistor 4 utilisé ainsi que sur celle du circuit magnétique qui lui est associé Cette double économie est d'un très grand intérêt économique car elle conduit à l'utilisation de transistors standard avec une grande marge de sécurité et à l'utilisation de circuits magnétiques 10 fois moins volumineux que ceux qu'utilise l'art antérieur, ce, pour une puissance de sortie identique. Un autre avantage lié à ce dispositif est lié au fait qu'en faisant varier la résistance 7., l'on fait varier la saturation du transistor 4 dont on peut déplaçer, à volonté, le point de fonctionnement du courant collecteur, ce qui conduit à obtenir facilement la gradation de la puissance de sortie, sans création de parasites supplémen.- taires, comme cela est le cas pour des dispositifs utilisant un moyen de contrôle de l'angle de passage du courant pris sur le secteur. Ce dispositif, objet de l'invention, permet ainsi, de construire des convertisseurs aptes à fonctionner sans pertes importantes directement à partir d'un réseau -alterna- tif seulement redressé, si même, la charge qui est connectee en sortie présente des variations d'impédance considérables. La figure 2, ci-annexée, représente un mode de réalisation particulier du tansformateur T. I1 comprend un petit tore en ferrite 12 de quelques millimètres de diamètre et de longueur. Sur ce tore sont bobinées quelques spires de fil émaillé constituant les bobinages 13, 14 et 15 correspondant, respectivement aux enroulements 9, 10 et 11, pré-cités. Dans certaines applications, les enroulements 10 et ll peuvent se limiter à un simple passage dans le trou central du tore 12. -Un tel micro-transformateur peut aussi être réalisé à partir d'un petit barreau en ferrite. Le dispositif, objet de l'invention, peut être utilisé pour commander un convertisseur mono-transistor , bitransistors ou quadri-transistors. Il suffit alors de coupler convenablement autant de dispositifs qu-e nécessaire. Le dispositif, objet de l'invention peut ainsi être utilisé dans tous les cas où l'on veut réaliser un convertisseur économique fonctionnant à partir du réseau redressé sans faire appel à un condensateur électro lytique de filtrage et à l'inductance de compensation qui lui est nécessairement associée. Comme il va de soi, et comme il résulte de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement au mode d'application et de réalisation qui a été plus particulièrement envisagé: elle embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif générateur d'impulsions destiné à contrôler la conduction cyclique du ou des éléments commutateurs utilises dans des convertisseurs dé diverses structures, ce dispositif comprend au moins un transistor 4 de découpage monté en émétteur commun ou en coll-ecteur commun, dont l'électrode de sortie est chargée par une inductance de stockage CI, laquellé est branchee en série avec le primaire 11 d'un micro-transformateur d'impulsions MT, de telle sorte que la source d'alimentation, continue ou secteur redressé se referme sur le circuit ainsi consti tué, le secondaire 9 dudit transformateur d'impulsions convenablement orienté, se refermant, lui-même sur l'espace base/émetteur dudit transistor, de telle sorte que la réaction ainsi obtenue assure l'entretien d'une conduction cyclique dudit transistor, caractérisé par le fait que se trouve connectée entre l'émetteur dudit transistor et la borne de l'enroule- ment 9, non commune a la base dudit transistor, une résis tance 7 ajustable, ou de valeur choisie susceptible de déve lopper entre ses bornes, lorsque le courant de'sortie dudit transistor la traverse, une impulsion de tension variable, de même signe que l'impulsion délivrée par le secondaire 9 et d'amplitude sensiblement equivalente, de telle sorte que l'addition de ces deux signaux ait pour résultante un signal n'autorisant que le fonctionnement dudit transistor hors de sa zône de saturation, et n'autori sant également qu'un courant inférieur & ce qui occasionne rait la saturation du matériau magnetique constituant l'inductance CI. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une diode 6 ou une diode Zener est connectée en parallèle sur l'espace base/ émetteur du transistor 4, de telle sorte que la double circulation du courant soit possible à ce niveau, ceci assurant la stabilité du courant moyen commuté lors d'excur sions du rapport acyclique, imputables à une variation instantanée de la tension d'alimentation ou à une variation instantanee de l'impédance de la charge couplée à l'inductance de stockage CI. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un enroulement supplémentaire 10 appartenant au micro-transformateur MT assure l'initiation de la susdite conduction cyclique, ceci par le moyen de la décharge d'un condensateur 8 provoquée à tension convenable grâce à 1 élément à seuil 5, cette solution assurant l'isolation galvanique nécessaire à la mise en conduction simultanée de deux transistors en pont et situés a des potentiels différents. 4. Dispositif selon la revendication 1 ou la la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé par le fait que la résistance 7 se presente sous la forme d'un potentiomètre de valeur maximale suffisamment élevée pour que la tension développée entre ses bornes soit assez élevée pour annuller l'impulsion fournie par l'enroulement de commande 9, ceci permettant, par la manoeuvre dudit d'obtenir la gradation de l'énergie stockée dans l'inductance CI.