Brevet FR2699343A1 — publié le 19940617

DISPOSITIF D'ALIMENTATION A MULTIPLICATEUR DE COURANT L'invention se rapporte à un dispositif per- mettant d'alimenter en permanence un circuit sous basse tension à partir d'une source de courant telle que par exemple le secteur alternatif de distribution de courant. L'invention concerne, plus particulièrement, un dispositif d'alimentation destiné à être relié à ladite source de courant et à fournir, sous une tension inférieure à celle de la source, à au moins une charge ZL, un courant redressé d'intensité moyenne supérieure à l'intensité moyenne du courant prélevé sur la source. Dans les dispositifs connus d'alimentation, on utilise en général un transformateur; cette solution présente cependant des inconvénients liés à l'encombrement et au coût de ce composant. Dans d'autres dispositifs, on envisage d'utiliser un pont diviseur pour abaisser la tension: ce dispositif a le désavantage de consommer un courant im- portant dans une résistance de limitation qui dissipe en général par effet Joule une grande quantité d'énergie. L'invention a pour but de réaliser, autour de composants très courants et de faible coût, une alimenta- tion fiable et susceptible d'alimenter en permanence une charge telle que, par exemple un circuit électronique, avec un courant redressé dont l'intensité moyenne est supérieure à l'intensité du courant de la source à laquelle le dispositif est relié. Selon l'invention, le dispositif comprend au moins une capacité dite de sortie montée en parallèle aux bornes de ladite charge, au moins une capacité dite intermédiaire destinée à stocker temporairement une charge électrique et montée en série avec la capacité de sortie dans un circuit dit de charge destiné à charger la capacité de sortie et la capacité intermédiaire à partir d'un courant prélevé sur la source de courant, au moins un circuit de transfert commandé par des moyens de commu- tation et reliant les bornes de la capacité intermédiaire aux bornes de la capacité de sortie de manière à trans- férer ladite charge accumulée dans la capacité intermé- diaire à la capacité de sortie, et des moyens d'interdiction des interactions entre le circuit de charge et le circuit de transfert. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser une alimentation simple à multiplicateur de courant présentant un encombrement très réduit, adaptée à un usage en continu, de faible consommation et ne dissi- pant donc que très peu d'énergie par effet Joule. 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 représente un schéma électrique d'un dispo- sitif selon l'invention o le courant moyen parcourant la charge est le double du courant moyen parcourant une résistance de limitation, la figure 2 représente un schéma électrique d'un dispo- sitif selon l'invention destiné à alimenter deux charges et o le courant moyen traversant les charges est quatre fois supérieur au courant moyen parcourant la résistance de limitation. Le dispositif d'alimentation illustré à la figure 1 est destiné à être relié à une source de courant alternatif représentée par les bornes Bo- Bi et à fournir à au moins une charge ZL un courant redressé d'intensité moyenne supérieure à l'intensité moyenne du courant prélevé sur la source. Ce dispositif comprend au moins une capacité dite de sortie Cs montée en parallèle aux bornes de ladite charge, au moins une capacité dite intermédiaire CI destinée à stocker temporairement une charge élec- trique Q et montée en série avec la capacité de sortie Cs dans un circuit dit de charge destiné à charger la ca- pacité de sortie CS et la capacité intermédiaire CI à partir d'un courant prélevé sur la source de courant, au moins un circuit de transfert commandé par des moyens de commutation T et reliant les bornes de la capacité inter- médiaire CI aux bornes de la capacité de sortie Cs de manière à transférer la charge Q accumulée dans la capa- cité intermédiaire CI à la capacité de sortie CS, et des moyens d'interdiction des interactions entre le circuit de charge et le circuit de transfert. Une résistance Ro montée en série dans le cir- cuit de charge est destinée à limiter le courant de charge Le circuit de charge comprend également des moyens de redressement du courant D 1 qui autorisent le passage d'un courant de charge prélevé à la source et qui isolent le circuit dit de charge de la source pendant le transfert des charges électriques de la capacité intermé- diaire CI à la capacité de sortie Cs. Conformément à l'invention, le procédé de charge est le suivant: on charge dans un premier temps la capacité de sortie CS et la capacité intermédiaire CI avec un courant fourni par la source de courant, tandis que dans un deuxième temps on transfère la charge accu- mulée dans ladite capacité intermédiaire CI dans la ca- pacité de sortie CS au moyen du circuit de transfert qui relie les bornes de la capacité intermédiaire CI à celles de la capacité de sortie Cs. Le dispositif selon la figure 1 comprenant une seule capacité de sortie et une seule capacité inter- médiaire est une réalisation particulière de l'invention. Selon un mode de réalisation préféré, l'invention porte également et plus généralement sur un dispositif qui comporte N capacités intermédiaires mon- tées en série dans le circuit de charge et associés à n circuits de transfert, eux-mêmes associés à N moyens d'interdiction et N moyens de commutation. Si on désigne dans l'ordre par C In à Ci 1 les n capacités intermédiaires montées en série dans le circuit de charge à la suite de la capacité de sortie, un nombre de circuits de transfert N relie respectivement une ième capacité C 1 N o i est un indice variant de 1 à N-1 à une portion du circuit de charge comprenant la capacité de sortie et dans l'ordre les capacités intermédiaires C In à C In+ 1 Le nième circuit de transfert relie les bornes de la nième capacité CIN aux bornes de la capacité de sor- tie. Ainsi, comme représenté, la figure 2 illustre une réalisation particulière du dispositif destiné à être relié à une source de courant alternatif comprenant deux capacités de sortie et deux capacités intermédiaires. Effectivement, le circuit de charge comprend en série et dans l'ordre deux capacités de sortie C 52 et CS,, une diode de polarisation D 5, une capacité inter- médiaire CI 2, une diode de polarisation D 3, une capacité intermédiaire CI,, une diode Dl et une résistance de limitation RO Le circuit de charge est ainsi relié à la source de courant par la borne B 2 de la capacité Cs 2 et la borne Bl via la résistance Ro, tandis que deux branches de circuit de transfert comprenant respective- ment deux diodes D 4 et D 2, relient la borne B de la source de courant à des bornes B 4 et B 5 situées respec- tivement entre la diode D 5 et la capacité CI 2 et entre la diode D 3 et la capacité C 1 l Les moyens de commutation sont réalisés à partir de transistors T 2 et T 3 (du type NPN) destinés à ouvrir et fermer successivement des branches des deux circuits de transfert, lesdites branches reliant respectivement une borne B 6 située à la jonction de la capacité CI 2 et de la diode D 3 à une borne B 7 située à la jonction de la capacité Ci 1 avec la diode Di et à une borne B 8 située à la jonction de la capacité Cs, avec la diode D 5. Comme représenté le dispositif comprend égale- ment un transistor T 1 formant avec les transistors T 2 et T 3 un étage de commutation La base du transistor T 1 est relié à la borne B 3 via une résistance R 3 et à la borne B 7, ainsi qu'aux émetteurs des transistors T 2 et T 1, via une résistance R 2. La base des transistors T 3 et T 2 sont reliées à la borne B 3 respectivement par des résistances R 6 et R 4 La base du transistor T 2 est reliée directement au collecteur du transistor T 1 et son collecteur est relié d'une part à l'émetteur du transistor T 3 et à la borne B 6, et d'autre part à la base du transistor T 3 via une résistance R 5. Selon le procédé de fonctionnement de ce cir- cuit, on charge les capacités de sortie CS, et C 52 et les capacités intermédiaires CI 1 et CI 2 avec un courant fourni par la source de courant, on transfère une charge électrique accumulée dans la capacité intermédiaire Cil aux capacités intermédiaires CI 2, ainsi qu'aux capacités de sortie CS, et C 52, puis on transfère une charge élec- trique accumulée dans la capacité intermédiaire CI 2 aux capacités de sortie, de manière à alimenter les charges Z Ll et ZL 2 avec un courant moyen quatre fois supérieur à celui du courant prélevé à la source. Le fonctionnement du dispositif d'alimentation selon l'invention sera décrit en référence à la figure 2 de manière à mieux illustrer le transfert des charges des capacités entre elles pour quadrupler le courant Sur la figure 2, l'origine des potentiels est prise sur la borne B et l'on désigne par UA la tension aux bornes du dipôle constitué par les deux capacités Csî et C 52 en série, U 1 et U 2, respectivement les tensions aux bornes des capa- cités cil et CI 2 et UE la tension alternative de la source. Le fonctionnement du circuit est régi par la valeur instantanée de la tension alternative de la source Lorsque la tension UE est inférieure à la somme des tensions Ul + U 2 + UA, les capacités Csl, C 52, C Il et CI 2 sont chargées en série dans le circuit de charge par un courant de charge circulant de Bo vers B 1 On appellera Q la charge accumulée en régime stationnaire pendant cette phase dans les capacités. Quand la tension UE devient supérieure à Ul et si la tension U, est supérieure à U 2 + UA, la capacité CI, est déchargée à une tension U 2 + UA et une charge électrique Q E est transférée dans C 51, C 52 et CI 2 via le transistor T 2 et la diode D 2 par un courant circulant de la borne B 5 à la borne B 7, la charge électrique E étant petite par rapport à Q Cette charge ú, correspon- dant à une charge résiduelle du condensateur CI,, sera transférée dans une phase ultérieure du fonctionnement. Lorsque la tension UE devient supérieure à U 1 + R 3/R 2 X UT 1, UT 1 étant la tension de base du tran- sistor T 1, le transistor T 1 devient conducteur, T 2 est bloqué et la capacité Cl n'est plus déchargée. Lorsque la tension UE est supérieure à U 2 + R 5/R 6 X UT 3, UT 3 étant la tension de base du tran- sistor T 3, le transistor T 3 devient conducteur, les tran- sistors T 1 et T 2 étant bloqués et la capacité CI 2 est déchargée à une tension UA. Une charge de 2 X Q de CI 2 est transférée aux capacités Cs, et C 52 par un courant circulant de la borne B 4 à la borne B 6 via le transistor T 3 et la diode D 4. Effectivement, la capacité CI 2 aura été chargée une première fois d'une valeur Q par le circuit de charge et une seconde fois d'une valeur Q consécutive- ment aux transferts de charges à partir de Cil, Lorsque la tension UE diminue et atteind une valeur comprise entre U 1 + R 3/R 2 X UTI et U 2 + R 6/R 5 X UT 3, on se retrouve comme précédemment dans un état o le transistor T 1 conduit, mais o les transistors T 2 et T 3 sont bloqués empêchant le transfert de charge à partir des capacités intermédiaires. Lorsque la tension UE chute encore et atteind une valeur comprise entre U 1 et U 1 + R 3/R 2 X UT,, et comme la tension UA + U 2 a diminué entre temps, essen- tiellement en raison de la décharge de la capacité CI 2 dans les capacités de sortie Cs, et Cs 2 et de la décharge des capacités de sortie dans les charges ZLî et ZL 2, la capacité CI, va pouvoir se décharger encore jusqu'à la nouvelle tension U 2 + UA et la charge ú va être f inale- ment transférée aux capacités CI 2, Cs, et C 52 Globale- ment, pendant une période, les capacités de sortie Cs, et C 52 auront été chargées par une charge électrique valant 4 X Q Une première charge électrique Q résultant de la charge directe sur le circuit de charge, une seconde charge électrique Q-E+g résultant des transferts de charges à partir de la capacité CI, et une charge élec- trique Q+Q-E+E résultant du transfert de charges à par- tir de la capacité CI 2 Les capacités de sortie Csi et C 52 sont continûment déchargées dans les charges ZL 1 et ZL 2 reliées à leurs bornes. En régime stationnaire, la tension UA à un temps t = O sera égale à la tension UA à un temps T, o T est la période du courant de la source, et le courant ayant parcouru les charges ZL, et ZL 2 aura été en moyenne sur la période T quatre fois supérieure au courant débité par la source Par conséquent, le courant ayant parcouru la résistance de limitation Ro aura également été quatre fois plus faible. Des diodes Zener Dzî et Dz 2 sont montées en parallèle sur les charges ZL, et ZL 2 à la sortie du cir- cuit afin d'assurer une alimentation de ces charges sous une tension stable. Par ailleurs, dans une réalisation non représentée particulièrement adaptée à un dispositif d'alimentation selon l'invention destiné à être relié à une source de courant continu, le circuit de charge est tout comme les circuits de transfert commandé par des moyens de commutation, les moyens de commutation du cir- cuit et de charge et des circuits de transfert étant re- liés à une horloge de synchronisation pilotant les moyens de commutation. Les moyens de commutation synchronisée permet- tent de connecter ou de déconnecter le circuit de charge à la source et de réaliser les transferts consécutifs de charges conformément au procédé de fonctionnement du dis- positif selon l'invention. Finalement et grâce à un dispositif selon l'invention, il est possible, à partir d'une source telle que le secteur, d'alimenter une charge telle que, par exemple, un petit circuit électronique de veille. Ce dispositif trouvera avantageusement une application dans des équipements de domotique, notamment des prises de courant télécommandées. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'alimentation destiné à être relié à une source de courant et à fournir sous une ten- sion inférieure à celle de la source, à au moins une charge (ZL), un courant redressé d'intensité moyenne supérieure à l'intensité moyenne du courant prélevé sur la source, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une capacité dite de sortie (Cs) montée en parallèle aux bornes de ladite charge, au moins une capacité dite intermédiaire (CI) destinée à stocker temporairement une charge électrique (Q) et montée en série avec la capacité de sortie (CS) dans un circuit dit de charge destiné à charger la capacité de sortie (CS) et la capacité inter- médiaire (CI) à partir d'un courant prélevé sur la source de courant, au moins un circuit de transfert commandé par des moyens de commutation et reliant les bornes de la ca- pacité intermédiaire (CI) aux bornes de la capacité de sortie (CS) de manière à transférer la charge (Q) accu- mulée dans la capacité intermédiaire (CI) à la capacité de sortie (CS), et des moyens d'interdiction (D 2,D 3) des interactions entre le circuit de charge et le circuit de transfert. 2 Dispositif d'alimentation selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la source de courant est une source de courant alternatif et en ce que le circuit de charge comprend des moyens de redressement (D 1) du courant et une résistance de charge (RO). 3 Dispositif d'alimentation selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la source de courant est une source de courant continu et le circuit de charge est également commandé par des moyens de commutation, les moyens de commutation du circuit de charge et du circuit de transfert étant reliés à une horloge de synchronisa- tion apte à piloter lesdits moyens de commutation. il 4 Dispositif d'alimentation selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les moyens d'interdiction comportent deux diodes de polarisation (D 2,D 3) placées respectivement en série dans le circuit de charge entre les deux capacités de sorties (CS) et intermédiaire (CI) et dans le circuit de transfert. Dispositif d'alimentation selon l'une quel- conque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre N capacités (CI) intermédiaires montées en série dans le circuit de charge et associés à N cir- cuits de transfert, eux-mêmes associés à N moyens d'interdiction (D 3 à D 5) et N moyens de commutation (T 1, T 2, T 3). 6 Dispositif d'alimentation selon l'une quel- conque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capacités de sortie (Csî, Cs 2) montées en série dans le circuit de charge. 7 Dispositif d'alimentation selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le circuit de charge comprend en série et dans l'ordre deux capacités de sortie (Cs 2 et C 51), une diode de polarisa- tion (D 5), une capacité intermédiaire (CI 2), une diode de polarisation (D 3), une capacité intermédiaire (CI,), une diode (D 1) et une résistance (RO), le circuit de charge étant relié à la source de courant via la capacité (C 52) et la résistance (R 0), tandis que deux branches du cir- cuit de transfert comprenant chacune une diode (respectivement (D 4) et (D 2)) relient la borne de la source de courant à des bornes (B 4 et B 5) situées respec- tivement entre la diode (D 5) et la capacité (CI 2) et en- tre la diode (D 3) et la capacité (CI,), et en ce que les moyens de commutation sont réalisés à partir de trois transistors (T 1, T 2 et T 3) destinés à ouvrir et fermer successivement des branches du circuit de transfert, les- dites branches reliant respectivement uns borne située à la jonction de la capacité (CI 2) et de la diode (D 3) à une borne située à la jonction de la capacité (C 1 l) avec la diode (D 1) et d'une borne située à la jonction de la capacité (Csi) avec la diode (D 5). 8 Procédé de fonctionnement du dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on charge dans un premier temps la capacité de sortie (CS) et la capacité intermédiaire (CI) avec un courant fourni par la source de courant, tandis que dans un deuxième temps on transfère la charge accumulée dans ladite capa- cité intermédiaire (CI) dans la capacité de sortie (CS) au moyen du circuit de transfert qui relie les bornes de la capacité intermédiaire (CI) à celles de la capacité de sortie (CS). 9 Procédé de fonctionnement d'un dispositif d'alimentation conforme à la revendication 7 et comportant deux capacités de sortie (Cs 1 et C 52) branchées à deux charges (ZL, et ZL 2), ainsi que deux capacités intermédiaires (CI 2 et CI,) et deux circuits de transfert, caractérisé en ce que l'on charge les capacités de sortie (C 51 et C 52) et les capacités intermédiaires (CI 1 et CI 2) avec un courant fourni par la source de courant, on transfère une charge électrique accumulée dans la capacité intermédiaire (Cil) à la capacité intermédiaire (CI 2), ainsi qu'aux capacités de sortie (C 55, C 52), puis on transfère une charge électrique accumulée dans la capacité intermédiaire (CI 2) aux capacités de sortie, de manière à alimenter les charges (ZLI et ZL 2) avec un courant moyen quatre fois supérieur à celui du courant prélevé à la source.