Brevet FR2696291A1 — publié le 19940401

La présente invention concerne les dispositifs électroniques propres à adapter la tension d'un réseau de distribution électrique a la tension que réclame un récepteur fonctionnant sur une tension différente d'amplitude plus faible ou plus élevée Les dispositifs de ce type actuellement en usage utilisent un auto-oscillateur à structure en pont dont la première branche active comporte deux transistors montés en serie et dont la seconde branche passive comporte deux condensateurs de faible capacité montés en série, les bornes polarisées communes audit auto-oscillateur étant directement chargées par la tension secteur redressee mais non filtrée que fournit le circuit de sortie polarisé d'un pont redresseur dont 1 'entrée non polarisée est reliée au secteur. Le courant de sortie à fréquence élevée est prélevé entre les bornes du secondaire d'un transformateur d'adaptation de tension dont le primaire est connecté entre le point milieu de ladite branche active et le point milieu de ladite branche active. Si ce type de dispositif présente l'avantage de ne prendre sur le réseau qu'un courant quasiment sinusoïdal en phase avec la tension secteur, il souffre cependant d'inconvénients majeurs qui grèvent l'extension de son marché, comme indiqué ci-après. Du fait de l'absence de tout filtrage, le courant à fréquence élevée généré par ledit auto-oscillateur est modulé à près de 100 % par la composante du secteur redresse a 100 Hz ou 120 Hz. Cette modulation présente les 5 inconvénients majeurs décrits ci-dessous. a). Ainsi, le récepteur connecte en sortie est traversé par un courant qui cycliquement passe d'une amplitude nulle à une amplitude maximale laquelle est fréquemment bien supérieure au ratio de 1,414 qui doit exister entre elle et la tension efficace, ceci étant dû à l'inductance de fuite des transformateurs utilisés à fréquence élevée. Ce phénomène peut réduire la durée de vie de récepteurs tels qu'une lampe halogène alimentée à l'origine par un courant continu. b). Pour des raisons identiques, dans le cas de récepteurs exigeant une alimentation à courant continu, le redressement de telles sur-intensités exige 1' l'usage de diodes rapides dont la surface des pastilles devra etre surdimensionnée afin de permettre un redressement convenable ainsi qu'un echauffement limité. c). De plus, entre les bornes de sortie du redresseur indique ci-dessus, il est nécessaire de connecter un condensateur électrolytique de forte capacité pour lisser ce fort taux de modulation. Or ce type de condensateur supportant des courants à fréquence élevée est très onéreux. d). Ce niveau de modulation implique que les transistors équipant ledit auto-oscilateur assurent la commutation des sur-courants indiqués plus haut, ceci imposant l'usage de transistors sus-dimensionnés, plus couteux, et dont il sera difficile de contrôler efficacement l'aire de sécurité de fonctionnement. e). Ce niveau de modulation implique une saturation rapide du matériau ferrite utilisé dans ledit transformateur qui, pour éviter les effets cumulatifs de l'échauffement doit être largement dimensionné, partant plus onéreux et volumineux. f). Un tel dispositif implique une fiabilité douteuse pour l'ensemble du circuit, ceci étant lié au fait, que ledit auto-oscillateur ne possède aucun condensateur tampon de valeur suffisante connecté entre ses bornes communes polarisées dont, seule, une impédance suffisamment faible permettrait d'absorber les tensions transitoires d'amplitude tres élevée qui sont périodiquement transmises par les lignes. Dans ce type de réalisations, une des causes majeures de destruction immédiate est directement liée à ces phénomènes, qu'une VDR ou un 'rtransil't sont bien incapables d'éviter. g). Un tel dispositif, n'utilisant que deux condensateurs en série pour assurer le découplage à frequence élevée des bornes communes polarisées dudit autooscillateur, l'impédance élevée desdits condensateurs conduit à un taux tres elevé de parasites à fréquence élevée lequel ne pourra être ramené à un niveau acceptable par les normes, qu'après adjonction d'un filtre de déparasitage onéreux et volumineux. Le dispositif selon l'invention permet de remedier à ces inconvenients. Dans son mode de réalisation le plus général, il comprend aussi un auto-oscillateur en pont utilisant une premiere branche active comprenant 2 transistors montés en série et une seconde branche passive utilisant 2 condensateurs en série. Mais à la différence des dispositifs selon l'art antérieur, les bornes communes polarisees dudit pont sont découplées par un condensateur dont la valeur peut être aussi élevée que possible Ce condensateur élimine donc tous les inconvénients indiqués ci-dessus. Le courant de sortie à fréquence élevée est prélevé entre les bornes du secondaire d'un transformateur d'adaptation de tension dont le primaire est connecte entre le point milieu de ladite branche active et le point milieu de ladite branche passive. La réactance totale des condensateurs constituant ladite branche passive est choisie de telle sorte qu'à la fréquence de fonctionnement dudit auto-oscillateur, une tension convenable se developpe entre le point milieu de ladite branche passive. Cette tension à fréquence élevée est appliquée à 1 'entrée non polarisee d'un premier pont redresseur dont la sortie polarisée, convenablement orientée, est connectée en serie avec la sortie polarisée d'un second pont redresseur dont l'entrée non polarisée est connectée au secteur, la série des 2 ponts redresseurs ainsi constituée étant connectée entre les bornes communes polarisées dudit autooscillateur. La tension à fréquence élevée ainsi redressée est filtrée par un condensateur connecté entre la sortie polarisée dudit premier pont et l'une des bornes communes polarisées dudit auto-oscillateur. Cette tension redressée, à basse fréquence, présentant une amplitude sensiblement égale à l'amplitude de crète de la tension secteur, en s'additionnant à la tension secteur redressée, assure la compensation du courant pris sur le réseau, qui malgré l'impédance faible du susdit condensateur de decouplage, demeure sensiblement sinusoïdal et en phase avec la tension secteur. Avec le dispositif selon l'invention, il est donc possible de construire un transformateur électronique palliant aux inconvénients des dispositifs selon l'art antérieur et capable de satisfaire aux prescriptions des normes internationales concernant le taux d'harmoniques, le facteur de crete et le facteur de puissance du courant pris sur le réseau à 50 ou 60 Hz. La figure 1, ci-annexée, illustre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Ce dernier est constitué par un auto-oscillateur en pont dont la premiere branche active est constituee par des transistors la et lb montés en série et respectivement associés à leurs diodes anti-paralleles 5a et 5b et dont la seconde branche passive est constituée par les condensateurs 4a et 4b montes en serie. Le point milieu de ladite première branche est reliée au point milieu de ladite seconde branche par le circuit à fréquence élevée comprenant le primaire 8b du transformateur adaptateur de tension 8 dont le secondaire 8a délivre entre ses bornes C et D une tension d'amplitude convenant au fonctionnement du récepteur qui y est connecté. Selon le mode de réalisation illustré, la commande de la conduction cyclique alternée des transistors la et lb est assurée respectivement par les secondaires 7a et 7c, convenablement orientés, lesquels appartiennent au transformateur de commande 7 dont le primaire est monte en série avec le primaire 8b du transformateur adaptateur 8. Les circuits parallèles comprenant respectivement la résistance 2a associée à la diode 3a et la resistance 2b associée à la diode 3b sont respectivement inserés en série dans le circuit de commande des transistors la et lb ont pour fonction de mettre en forme le courant de commande desdits transistors en vue de minimiser les pertes à la commutation. Un condensateur de découplage 14 est connecté entre les bornes communes polarisees I et J dudit pont autooscillateur. Ce condensateur est chargé par le circuit serie comprenant d'une part la sortie polarisée du pont redresseur secteur 13 et d'autre part la sortie polarisée du pont redresseur constitue par les diodes 17a et 17b, convenablement polarisées. L'entrée non polarisé de ce dernier pont est chargée par le condensateur d'isolation galvanique 15 dont la seconde borne est connecté au point milieu de la susdite branche passive comprenant les condensateurs 4a et 4b. Le circuit de declenchement de 1 'auto-oscillateur est assure par le circuit classique associant la résistance 6, le condensateur 12 et le diac ll à la diode d'inhibition 10. La réactance totale des condensateurs 4a et 4b est choisie de telle sorte que le courant à fréquence élevée qui les traverse développe entre leur point milieu et l'une des bornes I ou J une tension d'amplitude convenable. Cette tension appliquée par le condensateur 15 à l'entrée non polarisée du pont constitué par les diodes 17a et 17 est intégrée entre les bornes du condensateur 18 sous le forme d'une tension à basse fréquence d'amplitude sensiblement égale à l'amplitude de crete de la tension secteur redressée. L'addition de ces deux tensions ainsi réalisée permet de charger le condensateur 14 sous une tension sensiblement continue dont l'amplitude est à peu près égale à l'amplitude de crète de la tension secteur. Dans ces conditions, le courant traversant le susdit circuit à fréquence élevée présente une enveloppe de tension sensiblement continue ainsi que la tension disponible entre les bornes de sortie C et D, alors que le courant pris sur le secteur redressé est compensé par le courant additionnel apporté par les diodes 17a et 17b. Le courant pris sur le réseau demeure ainsi sensiblement sinusoïdal et en phase avec la tension secteur. Une résistance à coefficient de température positif 16 est connectée entre les bornes du concensateur de découplage à fréquence élevée 18, ou bien connectée entre les bornes de la diode 17b. La resistance à coefficient de temperature positif 16 dont l'usage est facultatif, a pour fonction de supprimer à la mise sous tension du dispositif toute surtension entre les bornes du condensateur 14 dans le cas ou, notamment, l'impédance de la charge connecté entre les bornes de sortie C et D n'est pas linéaire. L'entrée non polarisée du pont redresseur secteur 13 est reliée au secteur à travers l'inductance de déparasitage H.F. 9, laquelle peut être de dimension tres réduite, compte-tenu de l'impédance très faible du condensateur 14. La Figure 2, ci-annexee, illustre un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Ce mode se distingue du précédent par les différences indiquees ci-apres. Les condensateurs 4a et 4b sont remplaces par un condensateur unique 4 dont la réactance est égale à la somme des réactances des 2 premiers, ce qui permet d'appliquer à l'entrez non polarisée du pont constitué par les diodes 17a et l7b une tension d'amplitude équivalente. La commande de la conduction cyclique alternee des transistors la et lb est assuree, non plus par l'intermédiaire d'un transformateur indépendant, mais par le moyen des deux secondaires 8c et 8d convenablement orientés et couplés au transformateur adaptateur de tension 8. Le circuit de déclenchement du fonctionnement de ' auto-oscilateur est constituë par le circuit série comprenant l'élément sensible à la tension 21 et le condensateur 22 connecté entre les bornes communes I et J à travers lfenroulement de commande du transistor lb ou l'espace base-émetteur de ce transistor ou encore par le moyen d'un enroulement supplementaire couple au transformateur 8. Le circuit de sortie 8a charge l'entrée nonpolarisée du pont redresseur 20 dont la sortie polarisé est découplée par le condensateur 23 ayant une valeur noncritique pour ce qui concerne le lissage de la tension continue disponible entre les bornes K et L. L'inductance de déparasitage 9 est connectée, non plus entre le secteur et l'entrée non polarisée du pont redresseur 13, mais en série avec la sortie polarisée dudit pont, ceci accroissant sensiblement l'efficacité du condensateur de decouplage 18. La Figure 3, ci-annexée, illustre un dernier exemple de réalisation du dispositif selon l'invention. Cette réalisation se differencie des précédentes par les différences indiquées ci-après. Le primaire 8b du transformateur d'adaptation 8 est dédoublé en un enroulement bi-filaire 8b' et 8but' dont les entrées sont connectees aux bornes de la résistance 19 elle-même connectée en série avec les transistors la et lb, les sorties dudit enroulement bi-filaire étant connectées ensemble. Cette disposition particulière permet d'éliminer tout risque de sur-courant pouvant être provoqué par une conduction simultanée accidentelle des transistors la et lb. Un condensateur 24 est associé au condensateur 15 pour constituer un pont d'impédance permettant au condensateur 24 d'évacuer une fraction de 1 'énergie à fréquence élevée générée par 1 'auto-oscillateur sur l'entrée non polarisée du pont redresseur constitué par les diodes 25a et 25b dont la sortie polarisée, convenablement orientée est connectée aux bornes communes I et J. Cette disposition particulière a pour objet d'interdire que l'amplitude maximale de la tension présente entre les bornes du condensateur 18 excède la tension de crète du secteur, ceci conduisant à un courant pris sur le réseau parfaitement sinusoïdal quels que soient les termes réactifs inclus dans la charge connectée entre les bornes de sortie C et D. Un semi-conducteur 33 connecté entre l'entrée non-polarisee du pont redresseur constitué par les diodes 17a et 17b permet d'annuler cycliquement la tension presente entre les bornes du condensateur 4 lorsque son circuit de commande est activé par un circuit sensible à seuil de tension, comportant un diac 34 et une résistance 36, et capable de détecter l'accroissement du potentiel existant en un point choisi du circuit, par exemple a borne I, la borne H ou la borne G correspondant à la sortie d'un secondaire 8e couplé au transformateur 8. La mise en conduction ainsi commande du semi-conducteur 33 permet de contrôler la tension délivrée entre les sorties C et D, ce qui permet, par exemple par une commande manuelle du potentiomètre 35 d'ajuster la puissance appliquée au récepteur connecté entre lesdites bornes ou d'assurer automatiquement la régulation de la susdite tension de sortie en dépit des variations de la tension du secteur. Un autre semi-conducteur 27 est relie entre la sortie de l'enroulement primaire du transformateur 8 et l'une des bornes communes I ou J. Sa mise en conduction permet, en dérivant une alternance du courant circulant dans ledit transformateurs d'inhiber de manière stable le fonctionnement du pont auto-oscillateur, ceci étant dO au fait que si le dispositif reste connecté au secteur le système de déclenchement comprenant l'élément à seuil 21 et le condensateur 22 ne peut fournir une nouvelle impulsion qu'apres avoir re-manoeuvré l'interrupteur 37. Cette inhibition est obtenue par l'activation du circuit de commande du semi-conducteur 27 par un circuit sensible à un seuil de tension capable de détecter l'accroissement du potentiel existant en un point choisi du circuit, notamment les bornes I ou J. Le circuit utilise ici à cette fin comprend le diac 28 associé au condensateur 30 et au pont diviseur constitué par les résistances 31 et 32. L'inhibition de l'auto-oscillateur peut egalement être obtenue en connectant le semi-conducteur 27 entre le circuit de commande du transistor lb et la borne commune J. Les deux circuits faisant appel respectivement au semi-conducteur 27 et au semi-conducteur 33 peuvent également hêtre asservis par la détection d'un sur-courant prélevé entre deux bornes convenablement choisies appartenant au circuit constituant le dispositif. Le dispositif selon l'invention, tel qu'il vient d'être décrit permet d'eviter les 5 inconvenients majeurs qui ont eté décrits ci-dessus. Ce dispositif permet la réalisation d'adaptateurs électroniques universels satisfaisant aux prescriptions édictées par les normes internationales en matière de courant pris sur le réseau, taux d'harmoniques négligeable, facteur de crète proche de 1,414 et facteur de puissance proche de l'unité alors que i a tension de sortie redressée ou non et adaptée au récepteur connecté en sortie présente une enveloppe sensiblement continue, n'offrant qu'un taux de modulation résiduelle à 100 Hz ou 120 Hz négligeable. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, 7'invention ne se limite nullement aux modes d'application plus particulierement envisagés, elle embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique alimenté par un réseau de distribution électrique propre à assurer l'adaptation de potentiel entre ce réseau et la tension de fonctionnement à fréquence élevée ou sensiblement continue d'un récepteur quelconque, ce dispositif comprenant un auto-oscillateur affectant une structure en pont comprenant une première branche active dotee des transistors la et lb montés en série et d'une seconde branche passive dotée des condensateurs 4a et 4b montes en serie, les bornes communes polarisées I et J dudit pont étant chargées par un circuit comprenant le circuit de sortie polarisé d'un premier pont redresseur 13 dont le circuit non polarisé d'entree est connecté audit réseau et comprenant le circuit de sortie polarisé, convenablement orienté, d'un second pont redresseur dont le circuit d'entrée non polarisé est chargé par une tension d'amplitude convenable prélevée sur le circuit à frequence élevée disposé entre les susdites première et seconde branches de I 'auto-oscillateur, caractérisé par i e fait qu'en choisissant convenablement la somme des reactances propres aux condensateurs 4a et 4b, à la fréquence moyenne de fonctionnement de l'autooscillateur, ceci permet de développer entre le point milieu de i a susdite seconde branche passive et l'une des bornes communes I et J une tension à fréquence élevée qui, appliquée au circuit d'entree non polarisé dudit second pont redresseur, comprenant les diodes 17 a et 17b, convenablement polarisées, permet de récupérer entre les bornes du condensateur 18 assurant le decouplage à fréquence élevée du circuit de sortie polarise dudit second pont redresseur, une tension alternative à basse fréquence dont l'amplitude maximale est sensiblement égale à la tension de crète du secteur redressé, ceci ayant pour résultat de maintenir sensiblement sinusoïdale l'enveloppe du courant pris sur le reseau tandis que la charge du condensateur tampon 14 se maintient à un potentiel continu d'amplitude à peu pres égale à la tension de crète dudit reseau, la tension transformée étant appliquée au récepteur par le moyen d'un enroulement secondaire 8a appartenant au transformateur 8 dont l'enroulement primaire 8b est connecté entre ladite première branche active et ladite seconde branche passive constituant 1 'auto-oscillateur. 2. Dispositif selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que les condensateurs 4a et 4b sont remplacés par un condensateur unique 4 connecté à 1 'une des bornes polarisees I ou J, ce condensateur offrant une réactance égale à la somme des réactances des deux premiers. 3. Dispositif selon la Revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un condensateur d'isolation galvanique 15 est connecté en série avec le primaire 8b du transformateur d'adaptation 8. 4. Dispositif selon l'une des Revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'une resistance à coefficient de température positif 16 est connectée entre les bornes du condensateur de decouplage à fréquence élevée 18 ou bien connecté entre les bornes de la diode 17b. 5. Dispositif selon l'une des Revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la conduction cyclique alternée des transistors la et lb est assuree par les enroulements secondaires 7a et 7c, convenablement orientés, couplés au transformateur de commande 7 dont le primaire 7b est connecté en serie avec le primaire 8b du transformateur d'adaptation 8. 6. Dispositif selon l'une des Revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la conduction cyclique alternee des transistors la et lb est assurée par les enroulements secondaires de commande 8c et 8d, convenablement orientés, couplés au transformateur d'adaptation 8. 7. Dispositif selon l'une des Revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'un circuit parallèle de mise en forme du courant de commande des transistors la et lb, comprenant soit la résistance 2a associés à la diode 3a convenablement polarisé, soit la résistance 2b associés à la diode 3b convenablement polarisée, soit inséré dans avec le circuit de commande intéressé. 8. Dispositif selon l'une des Revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'enroulement primaire 8b du transformateur d'adaptation 8 est dédoublé sous la forme d'un enroulement bi-filaire dont les entres sont connectées respectivement aux bornes d'une résistance 19 elle-même connectée en serie avec les transistors la et lb, les sorties dudit enroulement bi-filaire 8b' et 8b" etant reliées ensembles. 9. Dispositif selon l'une des Revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les condensateurs 15 et 24, dont la réactance est convenablement assortie, constituent un pont diviseur d'impédance utilisé de telle sorte que la borne libre du condensateur 24 connectée à l'entrée nonpolarisée du pont redresseur constitué par les diodes 25a et 25b dont le circuit de sortie polarisé, convenablement orienté, est connecte entre les bornes communes I et J, cette disposition particulière permettant à la tension maximale presente entre les bornes du condensateur de découplage 18 de ne pas excéder en régime permanent l'amplitude de crète de la tension secteur. 10. Dispositif selon l'une des Revendications 1 à 9, caracterise par le fait qu'entre les bornes de sorties de l'enroulement secondaire 8a du transformateur d'adaptation 8, est connecte le circuit d'entrée non polarisé du pont redresseur à frequence élevée 20 dont le circuit de sortie decouplé par le condensateur 23 délivre entre les bornes K et L un courant continu d'amplitude sensiblement constante lequel est appliqué au recepteur concerné. 11. Dispositif selon l'une des Revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que 7 'inductance de déparasitage H.F. 9 est insérée en série avec le circuit de sortie polarise du pont redresseur 13. 12. Dispositif selon l'une des Revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'un semi-conducteur 33 connecté entre les bornes de la diode 17b, assure par sa conduction momentanée, commande par un dispositif sensible à la tension, la régulation de la tension de sortie appliquée entre les bornes C et D ou K et L, ce en utilisant un potentiel de référence caractéristique du circuit constituant le dispositif. 13. Dispositif selon l'une des Revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'un semi-conducteur 27 connecté entre la sortie de 1 'enroulement primaire 8b ou 8b'/8b" du transformateur d'adaptation 8 assure par sa mise en conduction l'inhibition stable du fonctionnement de 1 'auto-oscillateur, cette mise en conduction étant assurée par un circuit de déclenchement capable de détecter la variation d'un potentiel ou d'un courant caractéristique du circuit constituant le dispositif. 14. Dispositif selon la Revendication 13, caractérisé par le fait que le semi-conducteur 27 se trouve connecté entre l'une des bornes appartenant au circuit de commande de l'un des transistors la ou lb, sa conduction momentanée assurant l'inhibition du fonctionnement de 1 'auto-oscillateur.