Brevet FR2632135A1 — publié le 19891201

CIRCUIT DE FILTRAGE La présente invention a pour objet un circuit de filtrage destiné en particulier, mais non exclusivement, au filtrage du courant secteur d'une unité d'habitation ou de lieux de travail, quelles que soient la fréquence et la tension du réseau d'alimentation. On sait que les appareils, notamment les appareils informatiques, sont sensibles aux parasites et aux courants vagabonds, et qu'outre les protections individuelles de chacun des appareils, il est hautement souhaitable de protéger l'ensemble des appareils électriques et électroniques mis en oeuvre dans un lieu de production, en prévoyant un circuit de filtrage à l'entrée de l'installation, c'est-à-dire à l'endroit où elle est raccordée au secteur, tant en ce qui concerne les- courants parasites venant de l'extérieur que ceux qui sont générés à l'intérieur de l'installation, afin de ne pas perturber les installations voisines. En première approche, il est possible de dire que le réseau interne vehicule d'une part, le courant utile qui est en Europe à une fréquence de 50 Hertz généralement sous une tension de 220 Volts et des courants parasites dont les fréquences sont variables, mais dont les plus néfastes ont une fréquence de quelques kilohertz, les courants de fréquence supérieure pouvant être éliminés plus facilement. I1 est, bien entendu, déjà connu de filtrer une installation dans son intégralité, c'est à dire au voisinage du point de raccordement au secteur. La Fig.1 représente le schéma d'une cellule de filtrage permettant- d'éliminer les signaux parasites à fréquences élevées. A cet effet, on dispose sur le réseau des cellules constituées de selfs et de capacité de fortes valeurs, les condensateurs dérivant vers la terre une proportion satisfaisante de courants parasites. Mais, malheureusement, ces condensateurs de fortes valeurs (par exemple 30 pF) dérivent également du courant Utile à 50 Hz et l'intensité du courant de fuite peut atteindre par exemple 10 Ampères. Or, les disjoncteurs différentiels ne protègent le personnel que dans la mesure où les courants sont assez faibles.Il existe donc des risques d'accident importants, et de plus, la consommation de ce courant est, bien entendu, facturée par le fournisseur. On a représenté sur la Fiv.1, deux cellules adjacentes de filtrage connectées en série telles que celles qui sont actuellement utilisées, généralement au nombre de trois. Le courant prélevé sur le réseau peut atteindre une intensité supérieure à 100 Ampères. Les bobines L présentent un coefficient de self induction de 70 FH, par exemple. Le courant de fuite, avec des condensateurs de 30 FF, peut atteindre plusieurs ampères ce qui représente un courant de fuite très important. Par ailleurs, comme représenté sur la Fig.1, entre les points de liaison d'une bobine L et d'un condensateur C, dont le point froid est relié à la terre T,il est connu de brancher un condensateur "c" de faible valeur constituant un by-pass.Le rôle des condensateurs "c" est de dériver à la terre les courants d'une fréquence supérieure à quelques mégahertz, courants qui ne peuvent être dérivés par les condensateurs C en raison de l'impédance élevée des connexions pour les dites fréquences. Ces connexions sont en effet, de dimensions importantes, en raison de la capacité des condensateurs C qui ont pour but que de dérivera la terre les courants de fréquences approximativement comprises entre 14 et plusieurs centaines de kHz. Mais comme indiqué ci-dessus, ces condensateurs dérivent également une partie notable du courant secteur vers la terre. La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient, de réduire, voire de supprimer, les courants de fuites par un circuit de filtrage approprié. Elle permet de laisser passer le courant à fréquence nominale, par exemple de 220 Volts à 50 hertz, et d'éliminer les signaux à fréquence HF, par exemple à partir de 14 kHz dans un rapport d'atténuation identique à celui des condensateurs C représentés sur la Fig.1. Selon la présente invention, le circuit de filtrage de - courants à haute fréquence comprenant des bobines disposées en série est caractérisé en ce que l'on branche entre les bobines et la terre, une boucle comprenant au moins un composant actif alimenté par le réseau et, plus particulièrement par la phase dans laquelle le circuit est branche. Ainsi, en prélevant une quantité négligeable d'énergie sur le réseau, il est possible d'annuler ou, pour ie moins de réduire considérablement les courants de fuite. Selon une autre caractéristique de l'invention, la boucle comprend un filtre, un amplificateur et un condensateur. En fonctioon du mode de réalisation, le filtre peut être un filtre passe-haut ou passe-bas. La nature de l'amplificateur est adaptée à la structure de ia boucle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparartront au cours de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins qui représentent - La Fig.l,comme indiqué précédemment des cellules de filtrage de l'art antérieur; - La Fig.2, le schéma simplifié d'un premier mode de réalisation; - La Fig.3, un schéma plus détaillé du même mode; - la Fig.4, le schéma-d'un second mode de réalisation; - La Fig.5, un troisième mode de réalisation. La Fig.2 est un schéma d'un premier mode de réalisation. Sur un noeud 5 du réseau de filtrage, entre deux bobines L est branché un circuit ou boucle comprenant un filtre passe-bas 1, un amplificateur 3, connecté au filtre 1 par une liaison 2 et un condensateur 4, L'amplificateur 3 est de type "BUFFER" c'est à dire que son gain en tension est égal à 1 et que le signal de sortie ne fait que reproduire le signal d'entrée constitué par du courant à fréquence de 50 Hz épuré des courants parasites à hautes fréquences. Par contre, il permet de réaliser un gain en impédance de sorte que son impédance d'entrée soit de valeur très élevée alors que son impédance de sortie est nulle. le filtre 1 est à forte impédance' d'entrée de sorte que sa consommation en courant est pratiquement négligeable. Il délivre sur sa sortie sur la connexion 2 un signal à 50 Hz pur, courant qui va piloter le buffer 3.Le condensateur 14 peut être de valeur quelconque puisque, sur ses deux bornes est appliqué une même tension de 220 Volts à une fréquence de 50 Hz. Par contre, le buffer 3 dérive à la terre les courants HF parasites de fréquence supérieure à 50 hz, soit par la borne V+, soit par la borne V-,(en fonction de la phase) de manière à reproduire en permanence le courant 50 Hz d'entrée. L'alimentat-ion du buffer 3 est représentée sur la Fig.3. cette alimentation est obtenue à partir de la phase concernée par l'intermédiaire d'un transformateur 9, le point milieu du secondaire étant relié à la terre T. Lorsque le primaire ést alimenté en 220 V., une tension de + ou - 350 V. environ est développée aux bornes du secondaire du transformateur 9, correspondant sensiblement à 220 . W. Les ext remi tés du secondaire sont reliées à deux bornes de l'amplificateur 3 par l'intermédiaire de diodes respectivement 6 et 7. Comme précédemment, le filtre passe-bas 1 est connecté d'une part à la terre T, et, d'autre part, à l'entrée de l'amplificateur 3. Le condensateur 4 est branché entre la sortie du buffer 3 et le noeud 5. Les courants HF s'ecoulent à la terre T selon l'un des deux trajets figurés en traits gras sur la Fig.3. L'amplificateur 3 constitue un convertisseur d'impédance et il comprend un amplificateur à fort gain dont la sortie est connectée à un étage driver relié aux bases de deux transistors de puissance, une contreréaction étant établie entre une borne des émetteurs des transistors et une entrée de l'amplificateur, ce montage étant désigné, dans la technique sous le terme d'émetteur-follower. Ainsi, l'impédance de sortie par rapport à la terre est nulle. Dans ce montage, l'élément écoulant le signal parasite HF à la terre est un élément actif, ne consommant une puissance que de quelques watts, ce qui permet de supprimer totalement le courant de fuite en 50 Hz. La Fig.4, représente un autre mode de réalisation dans lequel le courant de fuite utile n'est pas totalement éliminé, mais est réduit dans des proportions notables. Dans ce montage, on prélève le courant parasité entre deux bobines L, sur un noeud 5 d'une phase, comme précédemment. Grâce à la présence dans la boucle d'un filtre passe-haut 11, on ne prélève sur la ligne de phase que les signaux parasites. La tension du courant parasite est ensuite amplifiée mais en opposition de phase dans un amplificateur 13 à coefficient d'amplification négatif et le résidu HF est éliminé sur les bornes +V ou -V comme dans le montage précédent. L'amplificateur 13 est un amplificateur à basse impédance de sortie et à très large bande passante.Si le coefficient d'amplification est égal à -n, la valeur de la capacité du condensateur 14 peut être divisée par le même coefficient et être égale à C/n, C étant la capacité des condensateurs actuellement utilisés. Dans ce montage, on compense la réduction de la capacité en modifiant la tension du point froid du condensateur 14. On utilise le fait que les courants parasites ne sont pas, en amplitude du même ordre que le courant principal utile. Par suite du coefficient négatif d'amplification, le signal présente une pente n fois plus grande que le signal d'entrée, le temps de réponse aux hautes fréquences étant pratiquement nul jusqu'à environ quelques centaines de kHz. Si la tension du signal parasite est de 1 Volt, l'excursion~ nécessaire est de - 20 Volts si le coefficient d'amplification n est égal à 20. Dans ce montage, l'élément d'écoulement du signal parasite est également un composant actif, et le circuit ne demande pas de composants de forte puissance. Par contre, il ne permet pas d'annuler totalement le courant de fuite. Un autre mode de réalisâtion est représenté sur la Fig.5. Il fait appel à un circuit résonnant parallèle accordé sur une fréquence de 50 Hz. Le circuit connecté comme précédemment sur un noeud 5 d'une ligne de phase comprend un condensateur 24 et une bobine 25 connectés en parallèle entre la phase et la terre. Des calculs simples montrent que la dissipation thermique dans la résistance R' de la bobine 25 est de l'ordre de 8 watts si cette résistance est de l'ordre de 1,5 à 2 ohms. Avec un condensateur C d'une capacité de 30 yFarads,le courant de fuite était d'environ 2 Ampères fourni par la phase. L'introduction d'un circuit bouchon permet donc de réduire le courant de fuite de 2 ampères à 80 mA, celui-ci n'étant plus que de 4% de la valeur de la technique antérieure. Il est cependant possible d'améliorer ce résultat. En effet, bien qu'il ne soit pas possible d'abaisser notablement la résistance R' de la bobine 25, pour des raisons physiques, cette amélioration résulte de l'introduction dans la boucle d'une résistance négative venant annuler l'effet de la résistance R'. A cet effet, la bobine 25 est insérée dans un circuit oscillant à 50 Hz, réglé à la limite de l'oscillation. L'oscillateur va fournir au circuit l'énergie nécessaire, et, dans la cas particulier où la résistance R' de la bobine 25 est égale à 2 Ohms, une puissance de 8 Watts. Le circuit de l'oscillateur, comprend un amplificateur 23 alimenté à partir de la phase comme indiqué en regard de la Fig.3, et un étage à haute impédance 21. La puissance délivrée par l'oscillateur évite que la circulation du courant réactif à 50 Hz ne fasse appel à une fuite de la phase vers la terre. Dans ce cas, la liaison LC est passive et la partie-LC du- circuit oscillant présente au niveau du point haut du système une impédance parallèle très élevée. Le condensateur de liaison 20 branché entre le circuit LC 24,25 et la phase n'est pas obligatoire. Il peut être remplacé par une résistance de démarrage et un relais. On a représenté sur la Fig.5, un fusible 26 permettant de détecter un court-circuit éventuel de la bobine 25.Comme dans le premier exemple, la tension 50 Hz aux bornes du coWdensateur 24 est nulle et aucun courant utile n'est dérivé vers la terre. Dans ce mode de réalisation, les courants parasites sont dérivés non pas à travers le composant actif, mais directement à la terre par le condensateur 24. Bien entendu, dans le mode de réalisation, la bobine 25 est couplée à l'amplificateur 23 par une prise intermédiaire en un endroit adapté de la bobine. Il est également possible d'assurer un couplage entre 23 et 25, par un élément ferro-résonnant Dans tous les exemples qui viennent d'être décrits et représentés, l'installation de filtrage peut très aisément faire l'objet d'une télésurveillance. Il va de soi que de nombreuses variantes peuvent être introduites, notamment par substitution de moyens techniquement équivalents sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10 Circuit de filtrage de courants à haute fréquence comprenant des bobines L disposées en série et des condensateurs caractérisé en ce que au moins un composant actif (3,13,23), alimenté par la phase du réseau est connecté entre un noeud (5) des bobines L et la terre T, le composant actif constituant un amplificateur dont la sortie est connectée à un condensateur (4,14,24). 20 Circuit de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les courants parasites sont écoulés à la terre T à travers les composants actifs (3,13) 30 Circuit de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les courants parasites sont écoulés à la terre T par le condensateur (24). 40 Circuit de filtrage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu"il comprend un filtre passe-bas (1), un amplificateur convertisseur d'impédance (3) et un condensateur (4) dans une boucle reliée à un noeud 5, les courants parasites s'écoulant à la terre à l'intérieur de 1 'amplificateur (3). 50 Circuit de filtrage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre passe-haut (11) connecté à un amplificateur (13) à gain négatif, dont la sortie est connectée à un condensateur dont la valeur est sensiblement égale à C/n. 60 Circuit de filtrage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il inclût un circuit résonnant (24,25) accordé sur la fréquence nominale du courant secteur dont la bobine (25) est incluse dans le circuit de sortie d'un oscillateur (23).