Brevet FR2696885A1 — publié le 19940415

Système d'alimentation électrique décentralisée comportant au moins un bus alternatif commun. Le domaine de l'invention est celui des systèmes d'alimentation électrique décentralisée de modules, ce système comportant au moins un bus alternatif commun. Plus précisément, la présente invention concerne un tel système permettant d'assurer notamment une continuité d'alimentation des modules si une défaillance d'un des modules se produit. Elle s'applique notamment à l'alimentation de modules ne tolérant aucune absence de la source d'énergie. L'alimentation de mémoires de masse ou de tout dispositif numérique nécessite une continuité d'alimentation sans quoi les informations mémorisées sont perdues. Il en va de même des systèmes embarqués dans les satellites ou les avions où une rupture d'alimentation peut avoir de graves conséquences. Dans les systèmes de type modulaire, une alimentation centrale unique pourvoit à la fourniture d'une tension qui est ensuite convertie pour correspondre à celle de chaque module à alimenter. Chaque module est ainsi alimenté indépendamment des autres modules. On connaît un tel système modulaire d'alimentation appliqué à l'alimentation d'antennes SAR (Synthesized Apertured Radar) à réseaux actifs. Ce système est représenté à la figure 1. Le système d'alimentation de la figure 1 comporte une source d'alimentation alternative constituée d'une source d'énergie 10 et d'un régulateur 11 associé à un transformateur de puissance. La source d'énergie 10 est par exemple constituée de panneaux solaires et de batteries, et le régulateur 11 comporte un modulateur de largeur d'impulsions. Ce modulateur fournit des impulsions de tension au bobinage primaire du transformateur de puissance, le bobinage secondaire de ce transformateur fournissant une tension alternative à un bus 12, appelé bus alternatif. Sur le bus alternatif 12 sont branchés des bobinages primaires de transformateurs 13,14, chaque bobinage secondaire de transformateur étant relié à ce qu'il est convenu d'appeler un module 19,20. Chaque module 19,20 comporte une diode de redressement et un condensateur 9 de maintien, ainsi qu'un régulateur de tension 15,16.Les régulateurs 15 et 16 alimentent respectivement chacun un jeu d'antennes 17,18 à réseaux actifs. Le système représenté est modulaire puisque d'autres modules tels que 19,20 peuvent être raccordés au bus alternatif 12 par l'intermédiaire d'autres transformateurs. Le principal inconvénient de ce type de système d'alimentation est que la destruction d'un module 19, 20 peut entraîner l'absence d'alimentation des autres modules et la continuité d'alimentation n'est donc plus assurée. Il en va de même lors d'un court-circuit du bus alternatif, ou lors d'une défaillance de la source d'énergie 10. En insérant un fusible en série sur le primaire de chaque transformateur 13,14, on peut isoler le module défaillant et son transformateur associé du bus alternatif 12. Cependant, un fusible présente un temps de réponse relativement important, de l'ordre de 1 ms, et, dans ce laps de temps, il est nécessaire d'assurer une continuité d'alimentation des autres modules. Cette continuité d'alimentation est possible à condition que les condensateurs 9 de maintien de la tension redressée et/ou éventuellement ceux de maintien de la tension continue issue des régulateurs, soient de taille importante, notamment si les courants consommés par les ensembles 17,18 sont importants. Cependant, il n'est pas souhaitable, pour des raisons d'encombrement, de coût de revient et de fiabilité, d'utiliser des condensateurs de maintien de tension de capacité importante. Par ailleurs, les fusions de fusibles induisent des perturbations EMC (Electromagnetic Conductibility; Conductibilité Electromagnétique) sur le bus alternatif, qui, combinées avec des impédances selfiques présentées par les bobinages des transformateurs, peuvent s'avérer destructrices des ensembles alimentés. Il en va de même si des dispositifs interrupteurs commandés, tels que par exemple des relais, sont insérés en amont des transformateurs 13 et 14 sur les dérivations du bus alternatif 12. La présente invention a notamment pour objectif de remédier à ces inconvénients. Plus précisément, un des objectifs de l'invention est de fournir un système d'alimentation électrique décentralisée d'au moins deux modules, à l'aide d'un bus alternatif commun au moins, ce système permettant d'assurer une continuité d'alimentation des modules tout en ne nécessitant pas de moyens de maintien de tension, en l'occurrence de condensateurs, de taille importante. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel système d'alimentation qui puisse être adapté à l'alimentation d'ensembles embarqués dans des engins spatiaux. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à un système d'alimentation électrique décentralisée d'au moins deux modules, du type comportant notamment un bus alternatif, véhiculant une tension alternative, auquel les modules sont chacun reliés par l'intermédiaire d'un transformateur de module, ce système étant caractérisé en ce que chaque transformateur de module est relié au bus alternatif par l'intermédiaire d'une inductance qui limite le courant fourni au transformateur de module associé à une valeur maximale prédéterminée. Avantageusement, au moins une inductance est constituée par le bobinage primaire d'un transformateur à secondaire commandé, le bobinage secondaire du transformateur à secondaire commandé coopérant avec un dispositif de commande apte à ouvrir le bobinage secondaire du transformateur à secondaire commandé, de façon à limiter le courant délivré au transformateur de module associé à une valeur maximale prédéterminée, et à connecter le bobinage secondaire sur une charge de façon à assurer une alimentation du transformateur de module associé à travers l'inductance. Préférentiellement, le dispositif de commande comporte des moyens de détection de passage du courant consommé par le transformateur de module associé au-dessus d'une valeur de seuil, ces moyens de détection générant le signal de commande appliqué à un moyen de commutation coopérant avec le bobinage secondaire du transformateur à secondaire commandé. Le système de l'invention comporte avantageusement une unité de commande apte à commander la génération des signaux de commande par les moyens de détection. Selon un mode de réalisation préférentiel, le système comporte au moins deux bus alternatifs indépendants coopérant chacun avec une source d'alimentation par l'intermédiaire d'un dispositif de limitation de courant de bus qui limite le courant fourni au bus alternatif associé à une valeur maximale prédéterminée, chaque transformateur de module comportant deux bobinages primaires reliés chacun à un des bus alternatifs par l'intermédiaire d'une des inductances qui limite le courant fourni au transformateur de module associé à une valeur maximale prédéterminée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante de trois modes de réalisation préférentiels, donnés à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente l'architecture connue d'un système modulaire d'alimentation appliqué à l'alimentation d'antennes SAR à réseaux actifs ; - la figure 2 représente l'architecture d'un premier mode de réalisation de la présente invention - la figure 3 représente l'architecture d'un deuxième mode de réalisation faisant appel à deux sources d'énergie - la figure 4 représente l'architecture d'un troisième mode de réalisation utilisant deux bus alternatifs indépendants - la figure 5 est un schéma synoptique d'un dispositif de limitation de courant commandable. La figure 2 représente l'architecture d'un premier mode de réalisation de l'invention. Une source d'alimentation alternative, par exemple constituée de batteries rechargeables S1 et d'un convertisseur DC-AC 21 fournissant sur sa sortie une tension alternative appliquée au bobinage primaire d'un transformateur 22, ci-après appelé transformateur de bus, fournit une tension alternative à un bus alternatif 23 sur lequel sont connectés une pluralité de transformateurs tels que 24,25,26, ci-après appelés transformateurs de module. Les transformateurs de module 24,25,26 fournissent chacun une tension alternative à un module, respectivement notés 27,28,29. Chacun de ces modules 27,28,29 comporte par exemple des diodes de redressement de tension associées à un condensateur de maintien de la tension redressée, ainsi qu'un régulateur de tension fournissant une tension continue à un ensemble à alimenter. Chaque ensemble est par exemple constitué par des mémoires de masse. Selon l'invention, chaque transformateur de module 24,25,26 est relié au bus alternatif 23 par l'intermédiaire d'une inductance de limitation de courant qui limite le courant fourni au transformateur de module associé par le bus alternatif 23 à une valeur maximale prédéterminée. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 2, cette limitation de courant est réalisée en réponse à un signal de commande. Dans ce cas, chaque inductance est constituée par le bobinage primaire d'un transformateur 33,34,35 à secondaire commandé. Chaque bobinage primaire est relié d'une part au bus alternatif 23 et d'autre part au bobinage primaire du transformateur de module 24,25,26 associé, le bobinage secondaire de ce transformateur 33,34,35 étant ouvert (non connecté sur une charge) lorsqu'un signal de commande est présent, de façon à limiter le courant délivré au transformateur de module associé à une valeur maximale prédéterminée, et étant connecté sur une charge lorsque ce signal de commande est absent, de façon à constituer un court-circuit pour assurer une alimentation du transformateur de module associé.Le bobinage secondaire de chaque transformateur dont le bobinage primaire assure une limitation de courant est commandé par un dispositif de commande 70, 71, 72. Un tel transformateur 33, 34, 35 et son dispositif de commande 70, 71, 72 constituent un dispositif de limitation de courant commandable, généralement référencés par 30, 31, 32. La figure 5 est un schéma synoptique d'un dispositif de limitation de courant commandable. Ce dispositif est par exemple celui référencé 30 sur la figure 2. Le bobinage secondaire du transformateur 33 est relié à une résistance shunt 60 et à un transistor 61 compris dans le dispositif de limitation de courant commandable 30. Le transistor 61 constitue un moyen de commutation. Des moyens 62 de détection de passage du courant consommé par le transformateur de module associé au-dessus d'une valeur de seuil, mesurent la tension aux bornes de la résistance shunt 60. Si cette tension dépasse une valeur prédéterminée, correspondant à un seuil de courant consommé par le transformateur de module associé 24, les moyens 62 fournissent un signal TM1 indicatif d'une consommation trop importante. Ce signal TM1 est appliqué au transistor 61 qui passe à l'état bloqué, ouvrant de ce fait le bobinage secondaire du transformateur 33.Le bobinage primaire du transformateur 33 présente alors une impédance très importante qui limite le courant fourni par le bus alternatif 23 au transformateur de module 24 associé. La valeur de cette impédance est optimisée en fonction du courant nominal consommé par le transformateur de module associé avec sa charge. De ce fait, on assure une continuité d'alimentation des autres modules et aucune perturbation n'est introduite. De plus, la limitation de courant peut être établie très rapidement (en moins de 1 Rs) et une brève chute de tension, résultant par exemple d'une court-circuit au niveau du transformateur de module associé ou en aval de celui-ci, ne perturbe pas le fonctionnement des autres modules. Ceux-ci peuvent alors être munis de condensateurs de stockage d'énergie de taille réduite. Les moyens de détection 62 sont donc capables de générer un signal de commande apte à ouvrir le bobinage secondaire du transformateur 33 de façon à limiter le courant délivré au transformateur de module associé 24, et à connecter le bobinage secondaire sur la charge 60 de façon à assurer une alimentation du transformateur de module 24. Le signal TM1, ainsi que les signaux TM2, TM3,..., TMn peuvent également être transmis à une unité de commande non représentée, par exemple constitué par un microprocesseur, afin que celle-ci connaisse à chaque instant l'état d'alimentation des modules. Cette unité de commande peut préférentiellement également générer des ordres de télécommande tels que TC1 à TCn qui activent les signaux TM1 à TMn, de façon à ne plus alimenter que sous courant réduit certains modules. L'inductance dont la fonction est de limiter le courant au transformateur de module associé peut également être constituée par une simple self en série avec le bobinage primaire du transformateur de module associé. Il n'est dans ce cas pas possible de piloter l'alimentation des modules à l'aide de signaux de télécommande. La valeur de l'inductance de cette self est fonction de la fréquence de la tension alternative du bus alternatif et du courant nominal consommé par le transformateur de module associé. Elle est prévue pour fournir ce courant nominal au transformateur de module associé et pour ne pas en fournir plus, c'est à dire que le courant nominal correspond environ au courant maximal consommé par le transformateur de module. Le mode de réalisation utilisant des moyens de détection pilotés par une unité de commande est notamment avantageux lorsque les modules comportent des ensembles de mémoires de masse embarqués dans des satellites. I1 est alors possible d'alimenter un premier groupe de mémoires de masse pendant une partie de la vie du satellite, et de transférer les données mémorisées dans un second groupe de mémoires de masse préalablement sous-alimenté avant de sousalimenter le premier groupe. La figure 3 représente l'architecture d'un deuxième mode de réalisation faisant appel à deux sources d'alimentation. Deux sources d'énergie S1 et S2 sont chacune respectivement connectées à un convertisseur DC-AC 21,36. Le fonctionnement de ces convertisseurs 21,36 est pilotée par un organe 37 de synchronisation. Chaque convertisseur 21,36 coopère avec le bobinage primaire d'un transformateur de bus 22,42, les bobinages secondaires de ces transformateurs 22,42 étant reliés en parallèle au bus alternatif 23 par l'intermédiaire des bobinages primaires de transformateurs 40, 41 coopérant chacun avec un dispositif de commande 73, 74 similaire à celui de la figure 5. Ces transformateurs 40, 41 coopérant avec des dispositifs de commande 73, 74 constituent ce qu'il est convenu d'appeler des dispositifs de limitation de courant de bus. Il est également possible d'utiliser une inductance en série avec le bobinage secondaire de chaque transformateur de bus, comme précédemment décrit. L'organe 37 de synchronisation peut être configuré de telle sorte qu'un seul convertisseur 21,36 fonctionne alors que l'autre est au repos. Cela signifie que la tension du bus alternatif 23 n'est fournie que par une seule source d'alimentation. D'autres sources d'alimentation coopérant chacune avec un convertisseur commandé et un transformateur primaire peuvent également être rajoutés. La figure 4 représente l'architecture d'un troisième mode de réalisation utilisant deux bus alternatifs indépendants. Cette architecture se distingue de celle de la figure 3 en ce que deux bus alternatifs 23,43 indépendants sont prévus, chaque bus étant relié à une source d'alimentation distincte. Chaque transformateur de module, tel que 42, comporte deux bobinages primaires reliés chacun à un des bus alternatifs 23,43 par l'intermédiaire d'un dispositif de limitation de courant constitué soit par une simple self, soit par un dispositif de limitation de courant commandable 30,44. Une application préférentielle d'une telle architecture est l'alimentation de modules embarqués dans des engins spatiaux, tels que des satellites. Si un des bus alternatifs présente une défaillance, le dispositif de limitation de courant de bus 38 ou 39, commandable ou non, situé immédiatement en aval du transformateur de bus correspondant, isole le bus alternatif endommagé, par exemple en court-circuit, et l'alimentation des modules est assurée par l'autre bus alternatif. L'organe de synchronisation 37 peut ici fonctionner selon deux modes: Un seul bus peut être actif alors que l'autre est au repos (distribution séquentielle d'énergie), ce qui correspond à un fonctionnement en "redondance froide", ou alors les deux sources d'énergie peuvent être simultanément sollicitées, ce qui correspond à un fonctionnement en "redondance chaude" (les deux convertisseurs sont actifs simultanément). L'organe de synchronisation reçoit à cet effet également un ordre de télécommande. Le fonctionnement en redondance chaude est possible à condition que les deux convertisseurs soient bidirectionnels, c'est à dire qu'ils puissent à la fois fournir de l'énergie et en recevoir. Cette précaution s'impose car il est nécessaire de tenir compte de la mutuelle induction dans les bobinages primaires des transformateurs secondaires, cette mutuelle induction faisant apparaître des tensions différentes sur les deux bus. Un des convertisseurs fonctionne alors en temps que générateur de tension alors que l'autre convertisseur fonctionne en temps que charge et fournit de l'énergie à sa source d'alimentation. Les convertisseurs utilisés sont préférentiellement de type Push-Pull et fonctionnement en mode ZVS (Zero Voltage Switching) afin d'éliminer les surtensions sur les transistors à découpage utilisés et d'améliorer le rendement énergétique. Bien entendu, le nombre de bus alternatifs distincts n'est pas limité à deux et il est possible d'utiliser des transformateurs de module à nombre de bobinages primaires plus important. On réalise ainsi une économie d'énergie des différentes sources puisque la charge de puissance peut être répartie entre elles. REVENDICATIONS 1. Système d'alimentation électrique décentralisée d'au moins deux modules (27,28,29), du type comportant notamment un bus alternatif (23;43), véhiculant une tension alternative, auquel lesdits modules (27,28,29) sont chacun reliés par l'intermédiaire d'un transformateur de module (24,25,26;42), caractérisé en ce que chaque transformateur de module (24,25,26;42) est relié audit bus alternatif (23;43) par l'intermédiaire d'une inductance qui limite le courant fourni au transformateur de module (24,25,26;42) associé à une valeur maximale prédéterminée. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une inductance est constituée par le bobinage primaire d'un transformateur à secondaire commandé (33,34,35), le bobinage secondaire dudit transformateur à secondaire commandé (33,34,35) coopérant avec un dispositif de commande (70,71,72) apte à ouvrir le bobinage secondaire dudit transformateur (33,34,35) à secondaire commandé, de façon à limiter le courant délivré audit transformateur de module associé (24,25,26;42) à une valeur maximale prédéterminée, et à connecter ledit bobinage secondaire sur une charge (60) de façon à assurer une alimentation dudit transformateur de module associé (24,25,26;42) à travers ladite inductance. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif de commande comporte des moyens de détection (62) de passage du courant consommé par ledit transformateur de module associé (24,25,26;42) au-dessus d'une valeur de seuil, ces moyens de détection (62) générant ledit signal de commande (TM) appliqué à un moyen de commutation (61) coopérant avec ledit bobinage secondaire dudit transformateur (33,34,35) à secondaire commandé. 4. Système selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de commande apte à commander la génération desdits signaux de commande (TM) par lesdits moyens de détection (62). 5. Système selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux bus alternatifs (23,43) indépendants coopérant chacun avec une source d'alimentation (S1, 21, 22; S2, 36, 42) par l'intermédiaire d'un dispositif de limitation de courant de bus (38,39) qui limite le courant fourni au bus alternatif associé à une valeur maximale prédéterminée, chaque transformateur de module (42) comportant deux bobinages primaires reliés chacun à un desdits bus alternatifs (23,43) par l'intermédiaire d'une desdites inductances qui limite le courant fourni au transformateur de module (24,25,26;42) associé à une valeur maximale prédéterminée.