Brevet FR2707770A1 — publié le 19950120

REGULATEUR DE TENSION La présente invention concerne les régulateurs de tension, notamment les régulateurs dont la tension d'entrée peut varier dans de grandes proportions. I1 existe deux grandes catégories de régulateurs de tension, à savoir les régulateurs série et les régulateurs à découpage. Les régulateurs série comprennent un transistor de puissance disposé entre ltentrée et la sortie du régulateur, qui fonctionne en régime linéaire. Si la différence de tension entre l'entrée et la sortie est importante, le transistor de puissance doit dissiper une importante quantité d'énergie et le rendement du régulateur devient mauvais. Toutefois, un tel régulateur présente l'avantage d'être économique et de ne pas générer de parasites. Les régulateurs à découpage comprennent un transistor de puissance, disposé entre ltentrée et la sortie, qui fonctionne en tout ou rien. Même si la différence de tension entre l'entrée et la sortie du régulateur est importante, un tel régulateur conserve un rendement élevé. Toutefois, un régulateur à découpage présente l'inconvénient d'être complexe et de générer des parasites aussi bien dans les circuits alimentés que dans la source qui alimente le régulateur (généralement le secteur). Pour réduire les parasites fournis au circuit alimenté, il est courant de disposer un régulateur série en aval d'un régulateur à découpage. Cette solution est toutefois coûteuse et ne réduit pas de façon significative les parasites générés dans le secteur. Un objet de la présente invention est de prévoir un régulateur présentant un rendement élevé et générant peu de parasites. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un tel régulateur qui soit particulièrement économique. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un dispositif de maintien d'une tension sensiblement constante aux bornes d'un condensateur relié à une première borne d'alimentation par l'intermédiaire d'un interrupteur et à une deuxième borne d'alimentation. Un circuit à hystérésis mesure la tension aux bornes du condensateur et commande ledit interrupteur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit à hystérésis comprend un premier pont de résistances relié en parallèle sur le condensateur, la sortie de ce pont de résistances étant reliée au collecteur d'un premier transistor bipolaire par l'intermédiaire d'une première résistance et à la base d'un deuxième transistor bipolaire dont le collecteur est relié à la base du premier transistor. Les émetteurs de ces transistors sont reliés à la deuxième borne d'alimentation, et le collecteur du premier transistor à une électrode de commande de l'interrupteur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, lesdites bornes d'alimentation reçoivent une tension alternative redressée mais non filtrée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comprend un deuxième pont de résistances relié entre le collecteur du premier transistor et la première borne d'alimentation, la sortie de ce pont de résistances étant reliée à ltélectrode de commande dudit interrupteur. Une deuxième résistance polarise la base du premier transistor. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'interrupteur est un transistor MOS dont la source est reliée à la première borne d'alimentation. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation de régulateur de tension selon la présente invention la figure 2 représente un mode de réalisation détaillé d'un régulateur de tension selon la présente invention. A la figure 1, un condensateur C est relié en parallèle sur un circuit à alimenter 10. Une première borne du condensateur C est reliée à un potentiel de référence, tel que la masse, et une deuxième borne est reliée à un potentiel d'alimentation Vi par l'intermédiaire d'un interrupteur K. La tension de sortie Vo du régulateur est recueillie aux bornes du condensateur C. Selon l'invention, l'interrupteur K est commandé par un circuit à hystérésis 12 qui mesure la tension Vo aux bornes du condensateur C. Lorsque la tension Vo devient inférieure à une valeur minimale Vmin, le circuit 12 ferme l'interrupteur K. Cet interrupteur est alors maintenu fermé tant que la tension Vo ne dépasse pas une valeur maximale Vmax. Le condensateur C se charge très rapidement (le temps de charge est déterminé par la résistance de l'interrupteur K et de l'impédance de la source fournissant la tension Vi). Lorsque la tension Vo dépasse la valeur Vmax, l'interrupteur K est ouvert et le condensateur C se décharge dans le circuit à alimenter 10. L'interrupteur K est maintenu ouvert tant que la tension Vo ne franchit pas de nouveau la valeur Vmin. Le condensateur se décharge plus ou moins rapidement selon l'impédance du circuit 10. On obtient ainsi un régulateur fournissant une tension Vo oscillant entre les valeurs Vmin et Vmax à une fréquence qui dépend de la consommation du circuit alimenté. Bien entendu, on choisit les valeurs Vmin et Vmax de manière à obtenir une ondulation acceptable de la tension de sortie Vo. Si dans certains cas le taux d'ondulation de la tension Vo est trop importante, on peut prévoir de disposer un régulateur série 10-1 entre une charge à alimenter RL et le condensateur C. Dans ce cas, la valeur minimale Vmin de la tension Vo est choisie légèrement supérieure à la tension régulée fournie par le régulateur 10-1, ce qui augmente considérablement le rendement du régulateur série 10-1. Comme cela est représenté, la tension d'entrée Vi du régulateur selon l'invention peut être obtenue à partir d'une tension alternative AC, telle que la tension du réseau, par un pont redresseur 14. La tension Vi est alors sous la forme d'alternances positives qu'il est inutile de filtrer. Un tel régulateur génère très peu de parasites car il ne comprend aucun élément inductif susceptible de provoquer des surtensions. La figure 2 représente un mode de réalisation particulièrement simple d'un régulateur selon l'invention faisant apparaître de manière détaillée le circuit à hystérésis 12. L'interrupteur K est constitué d'un transistor MOS à canal P dont la source reçoit la tension d'entrée Vi et dont le drain fournit la tension de sortie Vo. Une éventuelle résistance limitatrice de courant Rs est disposée entre le transistor K et la sortie Vo. Un pont de résistances R1, R2 est disposé en parallèle sur le condensateur C, la résistance R2 étant reliée à la masse. La sortie Vp de ce pont alimente directement la base d'un transistor bipolaire NPN Qî. L'émetteur du transistor Qî est relié à la masse et son collecteur à la base d'un transistor NPN Q2. La base de ce transistor Q2 est polarisée par une résistance R3 reliée au potentiel Vi. Le collecteur du transistor Q2 est relié à la sortie Vp du pont de résistances R1, R2 par une résistance R4 et à la grille du transistor MOS K par l'intermédiaire d'une résistance R5. La grille du transistor K est reliée au potentiel Vi par une résistance R6 servant à décharger la capacité de grille de ce transistor. La résistance R5 sert à limiter la tension de commande du transistor K. Le fonctionnement de ce circuit est le suivant. Initialement, le condensateur C est déchargé et la tension Vo est nulle. Le transistor Q1 est bloqué et le transistor Q2 est mis en conduction grâce à la résistance R3. Ainsi, la grille du transistor K se trouve reliée à la masse, ce qui rend conducteur ce transistor K. Le condensateur C se charge, la tension Vo croit et la tension Vp de même. La tension Vp s'exprime par Vp = Vo R24/(R24 + R1) où R24 désigne la valeur des résistances R2 et R4 connectées en parallèle (en effet, la résistance R4 se trouve reliée à la masse par le transistor Q2). Lorsque la tension Vp atteint la tension Vbe du transistor Q1, ce transistor devient conducteur et bloque le transistor Q2. Le transistor K se bloque et le condensateur C se décharge dans le circuit qu'il alimente (et dans les résistances R1 et R2). En même temps, la résistance R4 est déconnectée de la masse par le transistor Q2 et l'expression de la tension Vp de sortie du pont RI, R2 devient Vp = Vo R2/(R1+R2). La nouvelle valeur de Vp qui en résulte est supérieure à la précédente, ce qui confirme la conduction du transistor Q1 et le blocage du transistor K. La tension Vo se met à décroître et la tension Vp de même. Lorsque la tension Vp devient inférieure à la tension Vbe du transistor QI, le circuit est à son état initial précédemment décrit où le transistor K est de nouveau rendu conducteur. Avec cette configuration, on notera que les tensions Vmin et Vmax définissant l'ondulation de la tension de sortie Vo du régulateur, s'expriment par Vmin = (1 + R1 + R1/R24) Vbe Vmax = (1 + R1/R2) Vbe. La tension Vbe étant sensiblement constante, les valeurs Vmin et Vmax sont choisies en sélectionnant des valeurs adéquates pour les résistances R1, R2 et R4. De nombreuses variantes et modifications de la présente invention apparaîtront à l'homme du métier, par exemple le transistor K peut être remplacé par un transistor bipolaire PNP. REVENDICATIONS 1. Dispositif de maintien d'une tension sensiblement constante aux bornes d'un condensateur (C) relié à une première borne d'alimentation (Vi) par l'intermédiaire d'un interrupteur (K) et à une deuxième borne d'alimentation, caractérisé en ce qu' il comprend un circuit à hystérésis (12) mesurant la tension aux bornes du condensateur et commandant ledit interrupteur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit à hystérésis (12) comprend un premier pont de résistances (Rl, R2) relié en parallèle sur le condensateur (C), la sortie (Vp) de ce pont de résistances étant reliée au collecteur d'un premier transistor bipolaire (Q2) par l'intermédiaire d'une première résistance (R4) et à la base d'un deuxième transistor bipolaire (Q1) dont le collecteur est relié à la base polarisée du premier transistor, les émetteurs de ces transistors étant reliés à la deuxième borne d'alimentation, et le collecteur du premier transistor étant relié à une électrode de commande de l'interrupteur (K). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites bornes d'alimentation reçoivent une tension alternative redressée (AC) (14) mais non filtrée. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième pont de résistances (R5, R6) relié entre le collecteur du premier transistor (Q2) et la première borne d'alimentation (Vi), la sortie de ce pont de résistances étant reliée à l'électrode de commande dudit interrupteur (K) ; et une deuxième résistance (R3) polarisant la base du premier transistor (Q2). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'interrupteur (K) est un transistor MOS dont la source est reliée à la première borne d'alimentation (Vi).