Brevet FR2702606A1 — publié le 19940916

La présente invention concerne de façon générale des alimentations électriques à découpage. Les alimentations électriques à découpage sont universellement employées pour fournir des courants à des charges électriques à partir de sources électriques (typiquement à partir du secteur). Classiquement, dans une alimentation à découpage, le courant destiné à un dispositif d'emmagasinage d'énergie (par exemple une bobine d'induction) est alternativement fourni et interrompu avec une fréquence élevée, par exemple 40 irez, en réponse à un signal de commutation qui est appliqué à un transistor de commutation. Dans un trajet de réaction, la tension de sortie résultante est comparée à une valeur voulue, et on fait varier le signal de commutation de la façon nécessaire pour que la tension de sortie suive la valeur voulue. Le montage ci-dessus décrit nécessite ordinairement un gros condensateur. Un problème associé à ce montage est que, en utilisation, la caractéristique de charge peut varier, si bien qu'on extrait alors du secteur un courant non sinusoïdal. Ceci provoque la réinjection dans le secteur d'une importante distorsion harmonique non voulue. L'injection de cette distorsion harmonique dans le secteur constitue un problème de plus en plus préoccupant. Une norme industrielle bien connue en préparation, à savoir la norme IEC555-2, imposera aux alimentations électriques à découpage d'avoir un courant extrait du secteur suivant une forme sinusoïdale, ce qui ntest typiquement pas le cas aujourd'hui. L'invention vise à produire une alimentation électrique à découpage dans laquelle les inconvénients ci-dessus mentionnés sont atténués. On présente ci-dessous l'invention de façon résumée. Un circuit d'alimentation électrique à découpage comprend une borne d'entrée destinée à recevoir un courant électrique d'entrée possédant une première fréquence f1 et une borne de sortie destinée à produire une tension de sortie d'un niveau voulu. Un dispositif de commutation est couplé entre la bome d'entrée et la borne de sortie et possède une entrée de commande destinée à recevoir un signal de commande qui commande sa commutation et, par conséquent, commande la quantité de courant circulant entre la borne d'entrée et la borne sortie. Un dispositif de réaction est également couplé à la borne de sortie et à la borne de commande du dispositif de commutation pour produire le signal de commande et, ainsi, assurer que le niveau de la tension de sortie est sensiblement égal au niveau voulu. Le dispositif de réaction comporte un dispositif d'échantillonnage et de maintien servant à périodiquement réviser le signal de commande à une deuxième fréquence f2, qui est reliée à la première fréquence f1 pour que la distorsion harmonique du signal d'entrée soit diminuée. Un dispositif de détection de tension peut être couplé à la borne d'entrée afin de produire un signal de cadencement périodique en réponse à la détection d'un point prédéterminé de la forme d'onde d'alimentation électrique d'entrée, la fréquence du signal de cadencement étant la deuxième fréquence f2. Le dispositif de détection de tension peut être tel que la fréquence f2 soit 2 (f1/n), où n est un entier positif. Le dispositif de détection de tension peut également être un détecteur de tension nulle et le point prédéterminé de la forme d'onde d'alimentation électrique d'entrée peut être un point de tension nulle, sa fréquence f2 étant égale à 2 fit Le dispositif d'échantillonnage et de maintien peut être couplé de façon à recevoir le signal de cadencement périodique afin de commander la période de révision du signal de commande. Le dispositif de réaction peut comporter un multiplicateur qui pondère le signal obtenu sur la bome de sortie à l'aide du présent signal de commande de commutation échantillonné, afin de produire un signal pondéré à destination du dispositif d'échantillonnage et de maintien. Le dispositif de commutation peut être un transistor à effet de champ qui possède une première électrode de conduction de courant couplée entre la borne d'entrée et la bome de sortie, une deuxième électrode de conduction de courant qui sert à réaliser la connexion à la terre, et où l'entrée de commande est une électrode de commande couplée de façon à recevoir le signal de commande afin de commander l'intensité de courant entre les première et deuxième électrodes de conduction de courant du transistor. Le dispositif de réaction peut être couplé à une borne de tension de référence destinée à recevoir une tension du niveau voulu. Le dispositif de réaction peut comporter un amplificateur d'erreur servant à comparer les tensions de la borne de référence et de la borne de sortie et à produire un signal de sortie qui est indicatif de la différence de tension existant entre eux, à destination du multiplicateur. La description suivante conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur la figure unique, qui représente un mode de réalisation préféré d'alimentation électrique à découpage selon l'invention. Sur la figure unique, est représentée une alimentation électrique à découpage suivant un montage "élévateur". L'alimentation électrique comprend une borne d'entrée 8 connectée à un circuit redresseur en pont 6 afin de recevoir de celui-ci un signal d'entrée redressé sur les deux alternances. Le circuit redresseur en pont 6 est typiquement connecté à une source d'alimentation électrique, par exemple le secteur, qui possède une fréquence fixe f1, typiquement 50 Hz. Une borne de sortie 10 est couplée à une charge externe (non représentée), la borne 10 fournissant une tension de sortie afin d'exciter la charge. Une bobine d'induction 11 est connectée entre la borne d'entrée 8 et la borne de sortie 10. Typiquement, l'inductance de la bobine est de 500 H. Une diode 12 est connectée entre la bobine d'induction 11 et la borne de sortie 10. Un condensateur 13 connecté par une première électrode à la borne de sortie 10 et par une deuxième électrode à une ligne de mise à la terre assure le filtrage pour la tension de sortie de la borne de sortie 10, la capacité du condensateur étant typiquement de 47 ,eeF. Un transistor à effet de champ 14 possède une électrode de drain connectée entre la bobine d'induction 11 et la diode 12, une électrode de source connectée à la ligne de terre, et une électrode de grille destinée à recevoir un signal de commutation permettant de commander la commutation du transistor. Un circuit 15 d'excitation de transistor en mode courant classique, qui est bien connu dans la technique, est connecté de façon à recevoir un signal de commande et est également connecté à l'électrode de commande du transistor 14 afin de produire le signal de commutation ci-dessus mentionné en réponse au signal de commande, ledit signal de commutation étant composé d'impulsions de commutation, sa fréquence nominale étant de l'ordre de 40 kHz, et sa durée étant indicative de la valeur instantanée du signal de commande. Un dispositif de réaction 16 comporte un amplificateur d'erreur 17 possédant deux bornes d'entrée, respectivement connectées à la borne de sortie 10 et à une borne 9 de tension de référence, et produisant un signal de sortie qui est indicatif de la différence entre les tensions de ses deux bornes d'entrée. Le dispositif 16 comporte également un multiplicateur 18, qui est connecté de façon à recevoir le signal de sortie de l'amplificateur d'erreur 17 et à recevoir un signal de réaction qui sera expliqué ci-après. Le multiplicateur 18 est destiné à produire un signal de sortie indicatif du signal de sortie de l'amplificateur d'erreur 17, mais pondéré à l'aide de la valeur du signal de réaction. Un convertisseur analogique-numérique (AD) 19 est connecté de façon à recevoir le signal de sortie du multiplicateur 18 afin de produire une valeur numérisée représentative du niveau du signal de sortie. Un registre d'échantillonnage et de maintien 20 est connecté de façon à recevoir la valeur numérisée venant du convertisseur AD 18. Le registre 20 est également connecté de façon à recevoir un signal de cadencement, comme expliqué ci-après, de sorte que, à la réception du signal de cadencement, le registre 20 échantillonne la valeur numérisée venant du convertisseur AD 19. Cette valeur numérisée échantillonnée est maintenue dans le registre 20 jusqu'à réception du signal de cadencement suivant. Un convertisseur numérique-analogique (DA) 22 est connecté de façon à recevoir la valeur numérisée échantillonnée du registre 20. Le convertisseur 22 produit, à partir de la valeur numérisée échantillonnée, le signal de commande susmentionné qui est appliqué au circuit 15 d'excitation de transistor, et qui constitue également le signal de réaction appliqué au multiplicateur 18. Un détecteur de tension nulle 21 classique, dont la disposition est bien connue dans la technique, est couplé au secteur par l'intermédiaire d'une borne de référence 7. Le détecteur 21 est également couplé au registre d'échantillonnage et de maintien 20 de façon à fournir à celui-ci le signal de cadencement. Le signal de cadencement est produit lorsqu'un point de tension nulle est détecté sur le signal du secteur via la borne de référence 7. En fonctionnement, du courant est tiré, par l'intermédiaire de la bobine d'induction 11, du signal d'entrée présent sur la borne d'entrée 8, soit à destination de la ligne de terre via le transistor 14, soit à destination de la borne de sortie 10 via la diode 12, selon l'état de conduction du transistor 14. Le transistor 14 commute entre les états conducteur et non conducteur sous l'effet du signal venant du circuit d'excitation de transistor. La fréquence fixe f1 du secteur donne naissance à deux points de tension nulle par période (soit à une fréquence 2 fil). Lorsqu'un tel point apparaît, il est détecté par le détecteur 21 de passage par zéro via la borne de référence 7, le détecteur 21 produisant le signal de cadencement à destination du registre d'échantillonnage et de maintien 20 en réponse au point de passage par zéro détecté. Le registre d'échantillonnage et de maintien 20 échantillonne alors la valeur numérisée du signal de commande venant du multiplicateur 18 via le con vertisseur AD 19, qui est le signal de sortie de l'amplificateur d'erreur 17 pondéré à l'aide de la valeur de sortie échantillonnée existante.La nouvelle valeur numérisée échantillonnée est alors indicative de la différence de tension existant entre la bome de sortie 10 et la borne de tension de référence 9, mais avec pondération par la valeur échantillonnée précédente. De cette manière, un processus itératif stable s'effectue dans le dispositif de réaction 16, le multiplicateur 18 fournissant l'itération stable au dispositif de réaction 16. La valeur numérisée échantillonnée du signal de commande est ensuite maintenue dans le registre 20 jusqu a réception par celui-ci du signal de cadencement suivant, après quoi un nouvel échantillonnage a lieu. Le convertisseur DA 22 met le signal de commande sous une forme analogique, représentative de la valeur numérisée échantillonnée qui est maintenue dans le registre 20. Le circuit 15 d'excitation de transistor reçoit le signal de commande de la part du convertisseur DA 22 et produit le signal de commutation en réponse au signal de commande. Le signal de commutation, qui est indicatif de la différence existant entre le niveau de tension de référence et le niveau de tension de sortie, commande donc la quantité de courant circulant entre la bobine d'induction 11 et la borne de sortie 10. Le condensateur 13 filtre la tension de sortie au niveau de la borne de sortie 10 et, par conséquent, la borne de sortie 10 maintient sensiblement un niveau de tension égal à celui de la borne de tension de référence 9. La valeur échantillonnée contenue dans le registre 20 est périodiquement remise à jour, à la fréquence 2f1, puisqu'il reçoit, à cette fréquence, le signal de cadencement venant du détecteur de passage par zéro 21. Par conséquent, le signal de commutation produit par le circuit 15 d'excitation de transistor est remis à jour à la fréquence 2fui. De cette manière, le courant tiré de la borne d'entrée 8 par l'intermédiaire de la bobine d'induction 11 ne varie qu'à la fréquence 2fui. Ainsi, toute distorsion injectée dans l'alimentation électrique d'entrée aura la fréquence 2f1 et non pas une quelconque autre fréquence. L'homme de l'art comprendra que d'autres modes de réalisation peuvent être réalisés. Par exemple, on pourrait utiliser une alimentation électrique à découpage du type à "très haute tension" isolée, où on remplace la bobine d'induction 11 par le premier enroulement d'un transformateur, et on connecte le deuxième enroulement du transformateur à la borne de sortie 11. On doit également comprendre qu'il est possible d'utiliser à la place du transistor à effet de champ 14 n'importe quel commutateur de puissance, par exemple un transistor bipolaire à "grille isolée" (IGBT) ou un transistor bipolaire. De plus, on peut employer d'autres montages à la place du détecteur de tension nulle, par exemple un détecteur de crête, qui pourrait produire le signal de cadencement en relation avec l'apparition d'une crête de tension. On doit également comprendre que le circuit 15 d'excitation de transistor peut être conçu pour fonctionner d'une manière différente de celle cidessus décrite, et que, par exemple, il pourrait être conçu pour produire un signal modulé en largeur d'impulsion de fréquence fixe. La fréquence d'échantillonnage peut être réalisée sous la forme d'une division entière de la valeur ci-dessus mentionnée, par exemple une fréquence donnée par 2f1/n, où n est un entier positif. Par exemple, le détecteur de tension nulle 21 pourrait être conçu de façon à produire un signal de cadencement à l'apparition d'un sur deux des points zéro, ce qui limiterait la distorsion éjectée à la fréquence du secteur, soit f1. On pourrait aussi utiliser à la place des convertisseurs AD et DA 19 et 22 et du registre 20 un montage analogique qui comporterait un montage à condensateur permettant de maintenir une valeur analogique (une tension) du signal de commande. De plus, on comprendra que le fonctionnement du dispositif de réaction 16 est indépendant de la capacité du condensateur 13, dont la seule fonction est de filtrer les onduIations de tension sur la bome de sortie 10. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de l'alimentation électrique dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REMENDICATIONS 1. Circuit d'alimentation électrique à découpage, caractérisé en ce qu'il comprend: une borne d'entrée (8) destinée à recevoir un courant électrique d'entrée possédant une première fréquence f1; une borne de sortie (10) destinée à produire une tension de sortie possédant un niveau voulu; un moyen de commutation (14) couplé entre la borne d'entrée et la borne de sortie et possédant une borne de commande destinée à recevoir un signal de commande afin de commander sa commutation et, ainsi, commander la quantité de courant qui circule entre la borne d'entrée et la borne de sortie; un moyen de réaction (16) également couplé à la borne de sortie et à l'entrée de commande du moyen de commutation afin de produire le signal de commande de commutation et, ainsi, assurer que le niveau de la tension de sortie est sensiblement égal au niveau voulu;; où le moyen de réaction comporte un moyen d'échantillonnage et de maintien (20) servant à périodiquement réviser le signal de commande de commutation à une deuxième fréquence f2 qui est reliée à la première fréquence f1 de façon que la distorsion harmonique du signal d'entrée soit diminuée. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un moyen de détection de tension (21) est couplé à la borne d'entrée afin de produire un signal de cadencement périodique en réponse à la détection d'un point prédéterminé de la forme d'onde d'alimentation électrique d'entrée, la fréquence du signal de cadencement étant la deuxième fréquence f2. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de détection de tension est conçu de façon que la fréquence f2 soit 2(f1/n), où n est un entier positif. 4. Circuit selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le moyen de détection de tension comprend un détecteur de tension nulle et le point prédéterminé de la forme d'onde d'alimentation électrique d'entrée est le point de tension nulle, la tension f2 étant égale à 2fui. 5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 inclusivement, caractérisé en ce que le moyen d'échantillonnage et de maintien est couplé de façon à recevoir le signal de cadencement périodique pour commander la période de révision du signal de commande de commutation. 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen de réaction comporte un multiplicateur (18) qui pondère le signal obtenu de la part de la borne de sortie à l'aide du présent signal de commande de commutation échantillonné, afin de produire un signal pondéré à destination du moyen d'échantillonnage et de maintien. 7. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de commutation possède une première électrode de conduction de courant, connecté à un point situé entre la borne d'entrée et la borne de sortie, et une deuxième électrode de conduction de courant servant à réaliser la connexion à la terre. 8. Circuit selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'entrée de commande du moyen de commutation est une électrode de commande couplée de façon à recevoir le signal de commande pour commander la circulation de courant entre les première et deuxième électrodes de conduction de courant du moyen de commutation. 9. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le moyen de commutation est un transistor. 10. Circuit selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisé en ce que le moyen de réaction est également couplé à une borne de tension de référence (9) destinée à recevoir une tension de référence du niveau voulu. 11. Circuit selon la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen de réaction comporte un amplificateur d'erreur (17) servant à comparer les tensions de la bome de référence et de la borne de sortie et à produire un signal de sortie qui est indicatif de la différence de tension existant entre eux, à destination du multiplicateur.