Brevet FR2660498A1 — publié le 19911004

DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN TENSION CONTINUE POUR CIRCUIT ELECTRONIQUE La présente invention se rapporte à un dispositif d'alimentation en tension continue, par exemple à partir du réseau alternatif, pour circuit électronique, en particulier pour un petit circuit tel qu'un autocommutateur téléphonique privé à circuits électroniques. L 'alimentation en tension continue de la plupart des circuits électroniques s' effectue à partir du secteur alternatif, tel que par exemple le secteur alternatif 230 volts, 50 hertz, en utilisant soit la très ancienne technique à transformateur 50 hertz classique, à carcasse ferromagnétique et redressement filtrage à capacité en tête, soit celle plus moderne des alimentations dites a découpage" . L ' utilisation d'un transformateur à carcasse ferromagnétique fonctionnant à la fréquence secteur est techniquement satisfaisante pour alimenter ces circuits de petite puissance (100 à 200 watts pour fixer les idées), malheureusement une telle utilisation n' est actuellement plus viable en raison de la taille et du poids élevés des tranformateurs nécessaires. Ces petits circuits sont en effet de plus en plus miniaturisés, et il n est pratiquement plus pensable d'utiliser des transformateurs si lourds et si encombrants. Les circuits modernes se sont donc orientés vers la technique plus élaborée des alimentations dites "à découpage". Ces alimentations utilisent des transformateurs à ferrite fonctionnant sous des fréquences de découpage de plusieurs dizaines de kilohertz. De tels transformateurs sont de dimensions et de poids restreints, et par suite compatibles avec la miniaturisation souhaitée pour les montages électroniques de petite puissance auxquels ils sont destinés. Ces alimentations à découpage présentent cependant un certain nombre d'inconvénients bien connus, dont un des plus graves est la pollution électrique engendrée par les rayonnements à la fréquence de découpage : ces rayonnements sont source de frais élevés, par l'utilisation de composants et de blindages particulierement onéreux. On peut citer en outre les autres inconvénients suivants de ces alimentations à découpage nécessité d'un filtrage secteur pour la compatibilité électromagnétique nécessité d'une self de lissage au secondaire du transformateur à ferrite dispositif électronique de découpage complexe et onéreux à réaliser, pour obtenir le découpage à fréquence ultrasonore requis; très grande sensibilité aux surtensions : toute surtension accidentelle se traduit par une destruction des élements semiconducteurs utilisés pour le découpage (un fusible n aurait pas le temps de fondre aux fréquence utilisées), ce qui pénalise lourdement la fiabilité de ces installations isolement galvanique primaire-secondaire des enroulements de réalisation très complexe. L 'invention vise à remédier à tous ces inconvénients des alimentions, aussi bien à fréquence secteur qu'à découpage, connues jusqu ' alors et destinées en particulier aux circuits électroniques de petite puissance. Elle se rapporte à un dispositif d'alimentation en tension continue pour circuit électronique, en particulier pour circuit électronique de petite puissance, cette alimentation s ' effectuant à partir du secteur alternatif ou analogue. Conformément à l'invention, ce dispositif utilise un transformateur basse-fréquence classique, fonctionnant donc à la fréquence dudit secteur alternatif, suivi traditionnellement d ' élements de redressement et de filtrage, mais, entre le secteur alternatif et les enroulements primaires de ce transformateur est inséré un dispositif apte, au cours de chaque demi-alternance de la tension alternative appliquée , à n' appliquer cette tension à ces enroulements primaires que pendant un laps de temps determine égal à une fraction de la durée de cette demi-alternance, et corrélativement à court-circuiter ces enroulements primaires pendant le restant de cette même durée. Préférentiellement, il s'agit d'un transformateur qui comporte, comme tous les transformateurs d' alimentation à fréquence-secteur classique, deux demi-enroulements primaires identiques et distincts qui seraient traditionnellement branchés en série et qui recoivent la tension secteur, mais, dans l'application conforme à l'invention, ces deux demi-enroulements sont alors branchés en parallèle. Dans un tel cas, et afin d'éviter une saturation magnétique du transformateur, le laps de temps précité d'application, par demi-alternance, de la tension sur ces enroulements primaires, est avantageusement au plus égal au tiers de la durée de cette demi-alternance secteur. Avantageusement en outre, des moyens sont prévus pour commander la position temporelle ou la durée dudit laps de temps de manière à réaliser ainsi une régulation de la ou des tensions continues délivrées en sortie desdits éléments de redressement et de filtrage. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation de ce dispositif d'alimentation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel Figure 1 est un schéma synoptique de ce dispositif ; et Figure 2 est un diagramme explicatif de son principe de fonctionnement. En se reportant à la figure 1, il s'agit d'une alimentation pour platine électronique de petite puissance (non representée). La référence 1 désigne le secteur alternatif monophasé 230 volts, 50 hertz, avec ses deux bornes de sortie 2,3 sur lesquelles est disponible la puissance alternative à la tension Va. Cette tension-secteur Va est appliquée à un transformateur 50 hertz 4, à carcasse électromagnétique feuilletée classique, mais qui, comme on le démontrera ci-après, est de deux à quatre fois plus petit que celui qui serait normalement nécessaire pour alimenter la platine précitée. Le tranformateur 4 comporte classiquement deux enroulements primaires 6,7 distincts et identiques, et plusieurs enroulements secondaires 8,9,10, au nombre de trois dans cet exemple d ' excution . Dans une alimentation traditionnelle, les enroulements primaires 6 et 7 sont branchés en série, et reçoivent donc chacun une tension de 115 volts (pour un secteur alternatif de 230 volts). Ici, ils ont à contrario branchés en paralléle sur les deux bornes de sortie 11,12 d 'un circuit électronique auxiliaire 13, à interrupteurs commandés, qui, conformément à 1 invention, est intercalé entre les bornes secteur 2,3 et ce transformateur à carcasse tôlée 4. Le circuit 13 comporte deux interrupteurs électroniques 14,15 qui fonctionnent de manière complémentaire, c'est à dire que 1 'ouverture de 1 'un entraine ipso-facto la fermeture de l ' autre et vice-versa. L'interrupteur 15 est placé entre les bornes 11 et 12, de sorte que sa fermeture entraine le court-circuitage des deux enroulements primaires 6 et 7. L'interrupteur 14 est place entre les bornes 2 et 11, de sorte que les bornes 3 et 12 étant constamment reliées, sa fermeture entraine l'application directe de la tension secteur Va sur les deux bornes communes 11,12 des deux enroulements primaires 6,7. Finalement, ou bien 1' interrupteur 14 est fermé, et par la suite l'interrupteur 15 est ouvert, et la tension Va est alors appliquée sur les deux enroulements primaires 6,7 en parallèle, ou bien et à contrario, l'interrupteur 14 est ouvert, et aucune tension n'est appliquee au primaire du transformateur 4, ce transformateur 6,7 étant alors court-circuité. Le dispositif 13 est commandé sur une borne 16 qui reçoit un signal de commande d ' ouverture et fermeture de 1 'interrupteur 14 d ' un circuit 17 qui effectue à lui-seul le redressement et filtrage des tensions secondaires obtenues en 8, 9 et 10, ainsi que le contrôle et la régulation des tensions continues de sortie fournies à la platine en 18, 19, et 20. La commande de régulation est appliquée en 16 via la sortie de régulation 21 et via un circuit d'isolement galvanique 22. Le fonctionnement du circuit de la figure 1 sera maintenant explicité à 1 'aide du diagramme de la figure 2 qui représente, sur trois demi-alternances successives, la tension alternative Va en fonction du temps t. Sur ce diagramme sont également indiquées les phases :4, 2#, 3#,..., de la sinusoide 23 représentative de la tension Va. En regime etabli, le fonctionnement est, en considérant la première demi-alternance de la courbe 23, le suivant Pendant l'intervalle de temps compris entre l'instant to où la phase est 0 et tl où la phase est égale à Ce transformateur ne reçoit donc aucun courant magnétisant, mais le courant magnétisant qui existait antérieurement est maintenu. Entre tî et t2, c'est à dire entre les phases Entre t2 et t3, c'est à dire entre 2suc/3 et Du point de vue des tensions redressées obtenues en 18,19,20, aucune différence ntexiste avec les dispositifs classiques, puisque ce n est, vu la technique de redressement à capacité en tête, qu'autour des sommets 24,25,26 des demialternances que s'effectue en fait l'obtention de ces tensions redressées.En revanche, pour un même courant magnétisant total, le transformateur n'est plus sollicité que le tiers du temps, et la puissance redressée obtenue pour un même transformateur est théoriquement 4 fois supérieure (en pratique, compte-tenu des facteurs de pertes, de 2 à 4 fois supérieure): ceci signifie que, pour les mêmes performances, le transformateur 4 utilisé peut être de 2 à 4 fois plus petit, et qu'il devient alors tout à fait compatible avec l'utilisation sur une platine électronique de petite puissance à composants miniaturisés. Les tensions redressées 18 à 20 sont en outre très avantageusement régulées par le dispositif 17,22,13. En effet, il suffit de faire varier, en maintenant par exemple constant 1 'intervalle (t2-tî), la valeur de 1 'intervalle (tî-to) pour que la tension redressée (qui dépend de la valeur de la surface de fonctionnement hachurée S) varie en consequence: afin de maintenir constantes ces tensions redressées, la boucle de régulation 17,22,13 fait varier en conséquence cet intervalle (tl-to). Bien entendu, d' autres dispositions peuvent être adoptées, et par exemple on peut maintenir constant cet intervalle (ti-to) et faire varier à contrario l'intervalle de fonctionnement (t2-tl) afin de réguler les tensions redressées 18 à 20. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, mais elle est bien au contraire susceptible d'être mise en oeuvre sous de multiples autres formes d'exécution équivalentes. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d ' alimentation en tension continue pour circuit électronique, cette alimentation utilisant une amenée (1) de tension alternative (Va) de puissance et faisant usage d'un transformateur basse-fréquence à carcasse ferromagnétique traditionnel (4) suivi d'éléments (17) de redressement et de filtrage, caractérisé en ce qu'entre cette amenée (2,3) de tension alternative (Vo) et les enroulements primaires (6,7) de ce transformateur (4), est inséré un dispositif (13) apte, au cours de chaque demi-alternance de la tension alternative (Va), à n' appliquer cette tension (23) à ces enroulements primaires (6,7) que pendant un laps de temps determiné (t2-ti) égal à une fraction de la durée de ctte demialternance, et corrélativement à court-circuiter ces enroulements primaires (6,7) pendant le restant (tî-to et t3-t2) de la durée de cette même demi-alternance. 2 - Dispositif d ' alimentation selon la revendication 1, ce dispositif utilisant un transformateur (4) comportant traditionnellement deux enroulements primaires (6,7) identiques et distincts, qui seraient normalement branchés en série sur le secteur (1), caracterisé en ce que ces deux enroulements primaires (6,7) sont ici branches en parallèle. 3 - Dispositif d'alimentation selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que le laps de temps (t2-tî) pendant lequel la tension alternative (Va) est appliquée au cours d'une demi-alternance à ces enroulements primaires (6,7), est au plus égal au tiers de la durée (t3-to) de cette demi-alternance. 4 - Dispositif d' alimentation selon 1 'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est équipé de moyens (17,22,16,13) pour commander la position temporelle (tel) ou la durée (t2-ti) de ce laps de temps afin de réguler ainsi la ou les tensions continues (18,19,20) délivrées en sortie desdits éléments de redressement et filtrage.