Brevet FR2682543A1 — publié le 19930416

CIRCUIT DE COMMANDE DE REGULATEUR EN DEMI-PONT ASYMETRIQUE La présente invention concerne un circuit de commande de régulateur et plus particulièrement d'un régulateur du type en demi-pont asymétrique. De tels régulateurs sont couramment utilisés pour fournir une alimentation continue stabilisée, par exemple pour une télévision, un ordinateur, couramment dans la plage de 5 à 12 volts. Ces alimentations en demi-pont présentent des avantages notamment du fait qu'elles évitent des surtensions et qu'elles utilisent des composants dont la tenue en tension est limitée et qui sont donc moins coûteux. Elles présentent toutefois l'inconvénient que leurs circuits de commande classiques sont relativement complexes comme cela sera exposé ci-apres. La figure 1 représente de façon schématique la structure d'un régulateur en demi-pont. I1 comprend deux branches alimentées entre une borne de tension haute VCC et une borne de tension de référence G. La première branche comprend une diode Dl du côté de la haute tension en série avec un interrupteur SI du côté de la tension de référence et la deuxième branche comprend un interrupteur S2 du côté de la haute tension en série avec une diode D2 du côté de la tension de référence. Un trans formateur est connecté entre les points de connexion des composants de chacune des branches. Ce transformateur comprend un enroulement primaire EP et un enroulement secondaire ES connecté à une charge. Cet enroulement secondaire est généralement relié à une diode D3 en série avec un condensateur C1, la charge étant reliée aux bornes du condensateur C1. Les diodes Dl et D2 sont polarisées de façon à empêcher la circulation de courant direct de VCC à G. Ainsi, dans une première approche, quand les commutateurs S1 et S2 sont ouverts, aucun courant ne circule dans 1 Tenroulement primaire et, quand les commutateurs S1 et S2 sont fermés, un courant circule de VCC vers G à travers T enroulement primaire. Le montage de la diode D3 et du condensateur Cl est destiné à permettre le stockage d'énergie dans le transformateur pendant le passage du courant dans T enroulement primaire puis un transfert d'énergie vers le condensateur pendant les périodes d'ouverture des interrupteurs S1 et S2 (on dit que le régulateur est de type flyback). Les interrupteurs S1 et 52 sont réalisés sous forme d'interrupteurs statiques, tels que des transistors MOS ou bipo laires de puissance. . Le commutateur S1 est facile à commandeur puisque T une de ses électrodes est au potentiel de référence. Par contre, la commande du commutateur S2 est plus délicate puisque son électrode de référence est connectée à un potentiel flottant. Son électrode de commande a donc classiquement été commandée par T l'intermédiaire d'un transformateur ou autre circuit d'isolement adaptateur de niveau. Ce circuit ajoute au coût du système. Un objet de la présente invention est d'éviter l'utilisation de ce circuit d' isolement adaptateur de niveau. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un mode de commande qui soit particulièrement simple, efficace et qui assure que les commandes sont fournies après une démagnétisation complète du transformateur de charge. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit de commander le transformateur S2 à partir d'un signal fourni par un enroulement secondaire auxiliaire lié à 1 'enroule- ment primaire EP. En effet, le coût du rajout d'un enroulement auxiliaire sur un transformateur existant est beaucoup moins élevé que le coût d'un transformateur supplémentaire ou autre circuit d'isolement adaptateur de niveau. Plus particulièrement, la présente invention prévoit un circuit de commande de régulateur en demi-pont asymétrique comprenant entre une première borne d'alimentation haute et une deuxième borne d'alimentation basse de référence, une première branche comprenant une première diode et un premier interrupteur commandé, et une deuxième branche comprenant un deuxième interrupteur commandé et une deuxième diode, les points milieux de chacune des branches étant reliés par un primaire de transformateur dont le secondaire est connecté à une charge par 1 'intermé- diaire d'un redresseur, un circuit de commande étant associé au premier interrupteur commandé. Ce circuit de commande comprend un enroulement auxiliaire associé à 1' enroulement primaire, des moyens de détection de la polarité de ce deuxième enroulement, des moyens pour ouvrir le deuxième interrupteur quand une inversion de polarité est détectée sur le secondaire auxiliaire par suite d'une ouverture commandée du premier interrupteur, et des moyens pour fermer le deuxième interrupteur quand une tension nulle est détectée aux bornes de 1' enroulement auxiliaire. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'interrupteur commandé est un interrupteur statique à commande capacitive, dans lequel l'enroulement auxiliaire est connecté aux électrodes de commande de l'interrupteur commandé par l'intermédiaire d'un circuit de charge actif quand l'enroulement primaire a une première polarité, correspondant à un passage de courant dans 1' enroulement primaire, et d'un circuit de décharge court-circuitant ledit circuit de charge quand la tension sur l'enroulement auxiliaire s 'inverse. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1, précédemment décrite, représente la structure générale d'un régulateur à demi-pont asymétrique les figures 2A à 2D illustrent le circuit de la figure 1 dans divers états séquentiels d'ouverture et de fermeture des interrupteurs la figure 3 représente schématiquement un régulateur à demi-pont asymétrique selon la présente invention les figures 4A à 4G représentent des tensions et courants en divers points du circuit selon l'invention, en relation avec les diverses phases illustrées en figures 2A à 2D la figure 5 représente un premier mode de réalisation d'un circuit de mise en oeuvre de la présente invention ; et les figures 6 et 7 représentent un deuxième mode de réalisation d'un circuit selon la présente invention. La figure 2A représente un état, ci-après appelé état 1 du régulateur en demi-pont dans lequel les commutateurs S1 et S2 sont fermés. Un courant s'écoule alors en passant par ces interrupteurs dans 1' enroulement primaire EP dont la borne connectée à la tension VCC est polarisée positivement. Dans 1' état représenté en figure 2B, ci-après appelé état 2, seul l'interrupteur SI est ouvert, l'interrupteur S2 restant fermé. Il circule alors un courant en roue libre dans le circuit constitué par l'interrupteur fermé S2, l'enroulement primaire EP et la diode D1. La polarisation aux bornes de l'enroulement primaire s' inverse. Dans la figure 2C, on a représenté un état, ci-après appelé état 3, dans lequel on a supposé que l'interrupteur S2 avait été ouvert d'une façon qui sera explicitée ci-après. En ce cas, un courant circule dans l'enroulement secondaire ES, la diode D3 et le condensateur Cl. Si l'on attend que le transformateur soit complètement démagnétisé et que l'on ferme alors l'interrupteur S2 comme cela est représenté en figure 2D, on arrive à un état 4 où aucun courant ne circule dans le régulateur. Ensuite, si l'on ferme le commutateur S1, on revient à l'état de la figure 2A. La présente invention prévoit un circuit de régulateur du type de celui de la figure 1, dans lequel seul le commutateur S1 est commandé en ouverture et en fermeture et dans lequel les tensions résultantes dans l'enroulement primaire sont détectées pour commander de façon appropriée le deuxième commutateur S2 pour obtenir la séquence décrite en figures 2A à 2D. Plus particulièrement, la présente invention prévoit, comme cela est illustré en figure 3, d'ajouter un enroulement auxiliaire Ea au transformateur comprenant 1' enroulement primaire EP et l'enroulement secondaire ES, de détecter la tension aux bornes de cet enroulement auxiliaire, et d'utiliser cette information dans un circuit 10 pour commander 1 'inter- rupteur S2. On va d 'abord étudier en relation avec les figures 4A à 4G les signaux apparaissant dans divers éléments du circuit des figures 2 et 3 dans chacun des quatre états 1 à 4. La figure 4A représente le signal de commande C-S1 appliqué à l'interrupteur S1. La figure 4B représente la tension Va aux bornes de l'enroulement auxiliaire Ea. La figure 4C représente le courant IS1 dans le commutateur S1. La figure 4D le courant I-EP dans 1' enroulement EP. La figure 4E représente le courant IS2 dans le commutateur S2. La figure 4F représente le courant ID1 dans la diode D1. La figure 4G représente le courant I-ES dans le secondaire ES du transformateur. A l'état 1, le signal de commande C-S1 est haut, la tension V1 aux bornes de l'enroulement auxiliaire est sensiblement égale (VCC-VG)/n où n est le rapport du nombre de tours des enroulements primaire et auxiliaire. Les courants Isî, I-EP et IS2 croissent régulièrement. Du fait de la diode D3 aucun courant ne circule dans l'enroulement secondaire ES. A 1 'état 2, le signal de commande C-S1 est passé à bas niveau pour ouvrir le commutateur S1 comme cela est représenté en figure 2B et un courant circule en roue libre dans le commutateur S2, l'enroulement primaire EP et la diode D1, ce courant résultant de l'énergie stockée dans le transformateur. La tension aux bornes de l'enroulement EP s inverse et atteint une valeur faible égale en valeur absolue à la tension de conduction de la diode D1. Ainsi, de façon corrélative, la tension Va aux bornes de 1 'enroulement Ea s'inverse pour atteindre une valeur légèrement négative. Le circuit 10 détecte cette valeur négative et provoque l'ouverture de l'interrupteur S2. On arrive alors à l'état 3. Au cours de l'état 3, l'énergie stockée par le transformateur s'écoule à partir de l'enroulement secondaire ES pour charger le condensateur C1 et alimenter la charge. Comme cela est représenté en figure 3G, un courant s'établit et décroît jusqu'à démagnétisation complète du système à inductances couplées constitué par les enroulements EP et ES. Alors, la tension Va qui avait chuté au moment de 1' ouverture du commutateur S2 revient à une valeur sensiblement nulle. A nouveau, le circuit 10 détecte ce changement d'état et ferme le commutateur S2. A partir de ce moment, on est dans un état d'attente 4 pendant lequel il est possible de réappliquer un signal C-S1 à haut niveau pour fermer le commutateur Sl et revenir à I 'état 1. La figure 5 représente un mode de réalisation d'un circuit 10 permettant de commandeur le commutateur S2 en fonction de la tension aux bornes d'un enroulement auxiliaire Ea. Dans ce circuit, on a considéré que le commutateur principal était un commutateur du type à commande capacitive, par exemple un transistor MOS de puissance. Le circuit 10 comprend un trajet de charge de la grille du transistor MOS S2 comprenant une diode 11 et une résistance 12 connectées entre une première borne de l'enroulement Ea et la grille du transistor MOS S2 et une connexion entre la source du transistor S2 et la deuxième borne de 1' enroulement Ea. On appelle première borne de 1 'enroule- ment Ea, la borne qui est positive à l'état 1. Le point de connexion de la diode 11 et de la résistance 12 est connecté à la deuxième borne de l'enroulement Ea par l'intermédiaire d'un transistor 13. Le circuit comprend en outre un trajet de décharge constitué d'un transistor NPN 14 relié entre la grille du transistor S2 et la première borne de l'enroulement Ea (en parallèle sur la diode 11 et la résistance 12). La base du transistor 14 est reliée à la deuxième borne de 1 'enroulement Ea par l'intermédiaire d'une résistance 15. On a en outre repre- senté une résistance 16 connectée entre le point de connexion de la diode 11 et de la résistance 12 et la tension haute d'alimentation VOUE. Cette connexion a pour but d'assurer une charge initiale du condensateur 13 dès la mise sous tension du système. Ainsi, à l'état 1, la tension sur la première borne de l'enroulement Ea est positive, et la capacité 13 ainsi que la capacité de grille du commutateur S2 se chargent, le commutateur S2 est alors à 1' état fermé. Dans cet état, la tension base/ émetteur du transistor NPN 14 est négative et ce transistor est bloqué. Quand on passe à 1 'état 2, la tension aux bornes de 1 'enroulement Ea s'inverse faiblement mais suffisamment pour rendre passant le transistor 14. Alors, dans un premier temps, la capacité de grille du transistor S2 se décharge à travers le transistor 14 puis dans un deuxième temps, le condensateur 13 se décharge lentement à travers la résistance 12, le transistor 14 et l'enroulement Ea. On arrive alors à 1 'état 3 précédemment décrit. A la fin de cet état 3, quand le transformateur est démagnétisé, la tension aux bornes de l'enroulement Ea devient nulle et le transistor 14 se rebloque. Les valeurs relatives de la résistance 12 et de la capacité du condensateur 13 sont choisies de sorte que, au moment de ce blocage, la charge du condensateur 13 est encore suffisante pour charger la grille du commutateur S2 et refermer ce commutateur. Et l'on reste dans cet état 4 jusqu'à fermeture du commutateur S1 comme cela a été indiqué pré précédetmnent. Les figures 6 et 7 représente un autre mode de réalisation du circuit 10. Ces deux figures sont identiques et sont uniquement destinées à illustrer la circulation de courant dans deux états du circuit. Ce deuxième mode de réalisation présente par rapport au premier l'avantage d'une commutation plus rapide du commutateur S2 et d'une plus faible consommation d'énergie. On retrouve dans le circuit des figures 6 et 7, l'enroulement auxiliaire Ea et le commutateur de puissance 52 sur lequel on veut agir. La borne supérieure de 1' enroulement Ea est reliée par l'intermédiaire d'une diode 21, d'une résistance 22 et d'un condensateur 23 à la borne inférieure de cet enroulement Ea. Une diode zener 24 est disposée en parallèle avec le condensateur 23. Cet ensemble constitue un circuit de charge du condensateur 23 quand la borne supérieure de 1 'enrou- lement Ea est positive. Ainsi, la borne supérieure du condensateur, A, demeure positive tandis que la borne B de ce conden- sateur demeure négative. En parallèle sur le condensateur 23 est disposée la connexion en série d'une résistance 26 et d'un transistor MOS 27. La grille du transistor MOS est connectée à la borne supérieure de 1 'enroulement Ea par l'intermédiaire de la connexion en parallèle d'une résistance 28 et d'un condensateur 29. Une diode zener 30 disposée entre cette grille et la borne B évite l'apparition de surcharges sur la grille. La borne A est également connectée par l'intermédiaire d'un transistor bipolaire 32 à la grille du commutateur de puissauce S2 représenté sous forme d'un transistor MOS de puissance dont le drain est relié à la borne VCC et dont la source est reliée à la borne B. La base du transistor 32 est reliée au point de connexion entre la résistance 26 et le transistor MOS 27 et est également reliée à 1' émetteur du transistor 32 par l'intermédiaire d'une diode 33. Une résistance 35 est disposée entre le drain et la grille du transistor MOS S2 et a le même rôle d' amorçage que la résistance 16 de la figure 5. La figure 6 illustre le fonctionnement du circuit quand la borne supérieure de 1' enroulement Ea est négative. Alors, le transistor MOS 27 est bloqué, le point de connexion entre ce transistor et la résistance 26 est à niveau haut et le transistor 32 conduit. En conséquenoe, le condensateur 23 charge la grille du transistor MOS de puissance S2 qui est à l'état passant. La figure 7 représente le cas où la borne supérieure de l'enroulement Ea est positive. Alors le condensateur 23 est à un état de charge et le transistor MOS 27 devient passant. La base du transistor 32 est alors à bas niveau, et ce transistor se bloque. Dans cet état, la grille du commutateur de puissance S2 se décharge à travers la diode 33 et le transistor MOS 27 et le transistor de puissance S2 se bloque. Ainsi, le circuit des figures 6 et 7 assure les mêmes fonctions que celui de la figure 5. I1 présente l'avantage que la décharge de la grille du transistor MOS de puissance est plus rapide et que la commutation du transistor auxiliaire 27, par l'intermédiaire de la liaison en parallèle de la résistance 28 et du transistor 29 se fait sur des fronts de tension. En outre, la décharge rapide du condensateur 23 dans la grille du transistor de puissance S2 à travers le transistor bipolaire 32 est triés rapide. Bien entendu, la présente invention est susceptible de nombreuses modifications et variantes qui apparaîtront à 1' homme de l'art qui pourra notamment la combiner avec les divers circuits de régulation connus. Par exemple, pour la détermination du signal C-S1 (figure 2A), on pourra utiliser divers schémas d'asservissement pour obtenir une tension constante sur une charge reliée au condensateur Cl de la figure 3. REVENDICATIONS 1. Circuit de commande de régulateur en demi-pont asymetrique comprenant entre une première borne d'alimentation haute (VCC) et une deuxième borne d'alimentation basse de référenoue (G), une première branche comprenant une première diode (D1) et un premier interrupteur commandé (S1), et une deuxième branche comprenant un deuxième interrupteur commandé (S2) et une deuxième diode (D2), les points milieux de chacune des branches étant reliés par un primaire de transformateur dont le secondaire est connecté à une charge par l'intermédiaire d'un redresseur, un circuit de commande étant associé au premier interrupteur commandé, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un enroulement auxiliaire (Ea) associé audit enroulement primaire, des moyens de détection de la polarité de ce deuxième enroulement, des moyens pour ouvrir le deuxième interrupteur quand une inversion de polarité est détectée sur le secondaire auxiliaire par suite d'une ouverture commandée du premier interrupteur, et des moyens pour fermer le deuxième interrupteur quand une tension nulle est détectée aux bornes de 1' enroulement auxiliaire. 2. Circuit selon la revendication 1, dans lequel l'interrupteur commandé est un interrupteur statique à commande capacitive, caractérisé en ce que l'enroulement auxiliaire est connecté aux électrodes de commande de 1'interrupteur commandé par l'intermédiaire d'un circuit de charge (11, 12) actif quand l'enroulement primaire a une première polarité, correspondant à un passage de courant dans l'enroulement primaire, et d'un circuit de décharge (14) court-circuitant ledit circuit de charge quand la tension sur 1' enroulement auxiliaire s inverse. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' une première borne de l'enroulement auxiliaire est connectée à la grille de l'interrupteur par l'intermédiaire de la connexion en série d'une diode (11) et d'une résistance (12), un transistor bipolaire (14) dont la base est reliée à la deuxième borne de 1' enroulement auxiliaire étant en parallèle sur la connexion en série de la diode (11) et de la résistance (12), un condensateur (13) étant connecté entre le point de connexion de la diode (11) et de la résistance (12) et la deuxième borne de 1 'enroulement auxiliaire, elle-même reliée à la source de l'interrupteur commandé. 4. Circuit selon la revendication 1, dans lequel l'interrupteur commandé est un interrupteur statique à commande capacitive, caractérisé en ce que l'enroulement auxiliaire est connecté à un circuit de charge (21, 22, 23) d'un condensateur (23) et à un circuit de commande d'un transistor MOS auxiliaire (27), ce transistor (27) étant connecté en série avec une résistance (26) aux bornes du condensateur, la borne supérieure du condensateur étant également reliée par l'intermédiaire d'un transistor bipolaire (32) à la grille du commutateur de puissauce, la base du transistor bipolaire étant reliée au point de connexion entre la résistance (26) et le transistor MOS auxiliaire (27) et, par l'intermédiaire d'une diode (33) à son émetteur. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que la grille du transistor MOS auxiliaire est connectée à une borne de ltenroulement auxiliaire par l'intermédiaire de la liaison en parallèle d'une résistance (28) et d'un condensateur (29), d'où il résulte que ce transistor MOS commute sur des fronts de tension.