Brevet FR2707052A1 — publié le 19941230

GENERATEUR DE HAUTE TENSION La présente invention se rapporte à un générateur de haute tension destiné à l'alimentation d'au moins une charge d'utilisation du type unidirectionnel telle que, par exemple, un magnétron ou un tube électronique et comprenant un transformateur élévateur de tension comportant un étage primaire connecté à un circuit primaire, et un étage secondaire présentant un enroulement connecté à un circuit secondaire comprenant la charge d'utilisation, ledit circuit primaire étant relié à une source d'énergie électrique et comportant des moyens de commutation électronique de manière à alimenter ledit transformateur en courant haute fréquence. On connaît des générateurs où un circuit résonnant est réalisé autour d'un circuit comprenant une self et une capacité et relié au primaire du transformateur. Une telle réalisation est particulièrement désavantageuse, notamment du point de vue du coût et en raison de la multiplicité des circuits magnétiques. On connaît aussi des générateurs où sur la même ferrite du transformateur on réalise un second enroulement secondaire relié par ses bornes à une capacité de manière à réaliser un circuit d'accord de résonnance série. La réalisation de tels transformateurs se heurte à un certain nombre de difficultés tenant notamment aux exigences d'une bonne isolation de l'étage haute tension et à la réalisation de bobines permettant un couplage étroit entre l'étage primaire et l'enroulement du circuit de résonance. Pour éviter la saturation de la ferrite du transformateur par le fait d'une induction trop forte, on est amené à augmenter la taille des ferrites et le nombre de spires de l'enroulement primaire. Par ailleurs, on essaie d'avoir pour le transformateur lui-même une self de fuite petite devant la self dite de magnétisation. Toutes ces contraintes, liées à la nécessité d'un bon couplage du transformateur contribuent à augmenter la taille et le prix de ce composant. Le but de la présente invention est la réalisation d'un transformateur d'un prix réduit, qui soit parfaitement adapté à une utilisation dans un générateur de haute tension pour four à micro-ondes et susceptible d'une fabrication en grande série. Selon l'invention, l'étage primaire du transformateur comprend un premier et un second enroulement, ledit circuit primaire étant connecté sur le premier enroulement et, par l'intermédiaire d'une capacité, sur le second enroulement, ledit second enroulement étant monté en série avec le premier enroulement aux bornes de la capacité, de manière à réaliser un circuit oscillant. Grâce à l'invention, on obtient un excellent couplage, particulièrement entre le premier enroulement primaire et le circuit résonnant résultant, ainsi qu'une self de fuite faible devant la self de magnétisation. Les caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue du schéma électrique du trans formateur et du circuit résonnant selon l'invention, - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe de différen tes géométries de réalisation d'un transformateur selon l'invention, - la figure 4 est un schéma équivalent d'un transforma teur à résonnance du type connu, - les figures 5 et 6 sont des vues schématiques de deux variantes de réalisation du circuit secondaire dans un générateur selon l'invention. Le générateur fait appel à un transformateur à résonnance série dont le fonctionnement est particulièrement adapté à un circuit primaire comprenant des moyens de commutation constitués de commutateurs du type IGBT ou MCT. Le générateur de haute tension est destiné à l'alimentation d'une ou éventuellement plusieurs charges du type unidirectionnel tel que, par exemple, un magnétron de four à micro-ondes ou un tube électronique, et comprend un transformateur élévateur de tension comportant, comme on peut le voir à la figure 1, un étage primaire E1 connecté à un circuit primaire et un étage secondaire E2 présentant un enroulement L3 connecté à un circuit secondaire SO,S1 comprenant la charge d'utilisation, ledit circuit primaire reliant l'étage primaire E1 du transformateur T à une source d'énergie électrique B0,B1 et comportant des moyens de commutation K de manière à alimenter le transformateur T en courant haute fréquence. On connaît des générateurs comprenant des transformateurs à résonnance parallèle où les commutateurs, en parallèle avec une diode, et montés dans le circuit primaire, réalisent une commutation dite à zéro tension. Néanmoins lors de l'ouverture du commutateur, il persiste une "queue de courant" due à des porteurs minoritaires et qui entraîne une dissipation de chaleur non négligeable dans ces composants. Dans un générateur avec transformateur à résonnance série, on réalise une commutation dite à zéro courant, et on évite cet inconvénient. Un transformateur à résonnance série, c'est-àdire un transformateur à self inductance de fuite sur une capacité, se présente en général comme un élément de type inductif pour les basses fréquences et de type résonnant lorsque la fréquence s'élève. Un tel élément, comme schématisé à la figure 4, résulte de l'association d'un transformateur parfait TP, une self-inductance L et d'une capacité C. Selon l'invention, l'étage primaire E1 du transformateur T comprend un premier et un second enroulement L1,L2, le circuit primaire étant relié d'une part au premier enroulement L1 et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une capacité C, au second enroulement L2, ledit second enroulement L2 étant monté en série avec le premier enroulement L1 aux bornes de la capacité C, de manière à réaliser un circuit oscillant. Avantageusement, on pourra recourir à un transformateur présentant un enroulement primaire muni d'une prise intermédiaire et d'une prise à chaque extrémité. Le circuit primaire relie une prise d'extrémité et la prise intermédiaire à la source d'énergie B0,B1 et les deux prises d'extrémités sont reliées entre elles par la capacité C. Ainsi, les inductances des deux enroulements L1 et L2, constitués respectivement par l'enroulement de part et d'autre de la prise intermédiaire, sont en série dans le circuit oscillant qui comporte la capacité C. Le transformateur haute fréquence à résonnance série selon l'invention intègre la self L et le transformateur TP sur le même circuit magnétique et grâce à une disposition géométrique particulière des enroulements sur le circuit magnétique on réalise entre les enroulements des couplages adaptés au fonctionnement de la charge d'utilisation susceptible d'être alimentée. Dans la réalisation d'un circuit résonnant à partir d'une self L et d'un condensateur C, pour un transformateur T d'un générateur de haute tension pour un four à micro-ondes, il est nécessaire de remplir certaines conditions et notamment - l'enroulement de l'étage secondaire du transformateur doit se comporter comme un circuit selfique, notamment lorsqu'il est relié à des moyens de redressement com portant par exemple des diodes, de manière à limiter les contraintes sur les diodes - la self L servant à réaliser le circuit oscillant doit être assez fortement couplée avec la self de l'enroulement primaire du transformateur T - la valeur de la self de l'étage primaire doit être assez faible mais l'enroulement primaire doit cependant présenter un nombre de tours assez grand en raison notamment de l'induction maximale admissible, avant saturation du circuit magnétique - l'enroulement secondaire doit enfin être géométrique ment séparé, particulièrement pour assurer une bonne isolation de la haute tension de l'étage secondaire. Pour obtenir un bon couplage entre les différents enroulements, notamment entre l'enroulement primaire et l'enroulement de la self L du circuit d'accord, une solution serait de réaliser les enroulements sur des bobines cylindriques coaxiales. Un tel transformateur est constitué de trois carcasses de bobines assemblées et reste particulièrement coûteux, surtout dans une application de grande série. Conformément à l'invention , on pourra encore réaliser les deux enroulements des étages primaire et secondaire sur une seule carcasse, comme cela est illustré à la figure 2 et à la figure 3. Les représentations schématiques des figures 2 et 3 qui sont des réalisations de transformateurs selon l'invention montrent un transformateur T constitué d'une ferrite 1, d'une carcasse 2 comprenant des bobines 3, 4 et 5 portant les enroulements dits primaires L1 et L2 et un enroulement secondaire L3. Une disposition des enroulements L1 et L2 dans une réalisation telle que représentée schématiquement à la figure 2 entraîne un couplage relativement faible entre les enroulements L1 et L2. Pratiquement, il est difficile de dépasser un coefficient de couplage de l'ordre de 0,7. Néanmoins, le fait d'avoir selon l'invention une partie commune entre le circuit primaire et le circuit résonnant constitué de la capacité C et des enroulements L1 et L2 entraîne le couplage effectif élevé entre le "primaire" vu entre les bornes Bo et B1 et la selfinductance L1 + L2 du circuit résonnant. Les deux enroulements de l'étage primaire ont un coefficient de couplage mutuel compris entre 0,5 et 0,7 et présentent des valeurs de self-inductance sensiblement égales. Avec de telles valeurs du coefficient de couplage, on atteint un coefficient de couplage effectif de l'ordre de 0,9. Le circuit secondaire comprenant une charge d'utilisation peut être réalisé selon plusieurs variantes. Deux versions particulièrement intéressantes pour l'alimentation d'un magnétron sont illustrés aux figures 5 et 6. Selon une première version (fig. 5), le circuit secondaire comprend des moyens de redressement. La charge d'utilisation U présente deux bornes M1,M2 d'alimentation reliées, d'une part, à une première borne N1 de l'enroulement secondaire L3, respectivement par deux diodes D1 et D2 polarisées de façon opposée l'une par rapport à l'autre, et, d'autre part, à une seconde borne N2 de l'enroulement secondaire L3 respectivement par deux capacités C1 et C2. Dans une deuxième version, plus simple encore, le circuit comprend un magnétron M directement branché aux bornes de l'enroulement secondaire L3 et une capacité de filtrage branchée en parallèle aux bornes du magnétron. La capacité Cf représentée à la figure 6 et qui est branchée en parallèle au magnétron M représente en fait l'association de plusieurs capacités, notamment de capacités de filtrage et de capacités internes au magnétron. Ainsi, grâce à l'invention, il est possible d'avoir un bon couplage entre l'enroulement primaire du transformateur et le circuit résonnant tout en rendant possible une géométrie de réalisation des bobines particulièrement simple. De surcroît, une induction modérée dans le circuit magnétique évite sa saturation trop rapide et permet de recourir à des ferrites de taille relativement modeste. REVENDICATIONS 1. Générateur de haute tension destiné à l'alimentation d'au moins une charge d'utilisation du type unidirectionnel telle que, par exemple, un magnétron ou un tube électronique et comprenant un transformateur (T) élévateur de tension comportant un étage primaire (E1) connecté à un circuit primaire, et un étage secondaire (E2) présentant un enroulement (L3) connecté à un circuit secondaire (S0,S1) comprenant la charge d'utilisation, ledit circuit primaire reliant l'étage primaire (E1) du transformateur (T) à une source d'énergie électrique (BO,B1) et comportant des moyens de commutation (K) de manière à alimenter le transformateur en courant haute fréquence, caractérise en ce que l'étage primaire (E1) du transformateur (T) comprend un premier et un second enroulement (L1,L2), le circuit primaire étant relié au premier enroulement (L1) et, par l'intermédiaire d'une capacité (C) au second enroulement (L2), ledit second enroulement (L2) étant monté en série avec le premier enroulement (L1) aux bornes de la capacité (C), de manière à réaliser un circuit oscillant. 2. Générateur de haute tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux enroulements de l'étage primaire ont un coefficient de couplage mutuel compris entre 0,5 et 0,7 et présentent des valeurs de self-inductance sensiblement égales. 3. Générateur de haute tension selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux enroulements des étages primaire et secondaire sont réalisés sur une seule carcasse. 4. Générateur de haute tension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit secondaire comprend en outre des moyens de redressement. 5. Générateur de haute tension selon la revendication 4, caractérisé en ce que la charge d'utilisation (U) présente deux bornes d'alimentation (M1,M2) reliées, d'une part, à une première borne (N1) de l'enroulement secondaire (L3) par respectivement deux diodes de redressement (D1,D2) polarisées de façon opposée l'une par rapport à l'autre, et, d'autre part, à une seconde borne (N2) de l'enroulement secondaire (L3) respectivement par deux capacités (C1,C2). 6. Générateur de haute tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit secondaire comprend une capacité de filtrage branchée en parallèle aux bornes d'un magnétron. 7. Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commutation sont des commutateurs du type IGBT ou MCT.