Brevet FR2733114A1 — publié le 19961018

CIRCUIT ELECTRIQUE DESTINE A ALIMENTER UN MAGNETRON La présente invention concerne un circuit électrique destiné à alimenter, à partir d'une source de tension continue ou redressée, un magnétron et le filament de chauffage de la cathode dudit magnétron et comportant un transformateur à entrefer dont le circuit secondaire est relié au magnétron et dont le circuit primaire comporte un circuit résonant comprenant un condensateur et au moins deux bobines, soit une première et une deuxième bobine, un interrupteur électronique de puissance monté en série avec l'ensemble ainsi constitué aux bornes de la source de tension et assujetti à un moyen de pilotage destiné à commander sa commutation à haute fréquence.En outre, le circuit secondaire dudit transformateur comprend une troisième bobine reliée à l'anode du magnétron et une quatrième bobine reliée au filament de chauffage de la cathode dudit magnétron. Il est connu dans l'art antérieur que le courant qui traverse le filament de chauffage de la cathode du magnétron utilisé dans les appareils de cuisson, tels que les fours à micro-ondes, doit être maintenu à une valeur suffisante pour que l'émission électronique se produise. En outre, ce courant ne doit pas dépasser une valeur maximale pour laquelle la température dudit filament atteint une valeur qui provoque la détérioration progressive de la surface émissive de la cathode. Les dispositifs utilisés dans l'art antérieur pour résoudre ce problème mettent en oeuvre une régulation électronique du courant qui traverse le filament de chauffage en fonction du courant qui circule dans le circuit primaire du transformateur. Ces dispositifs sont de construction complexe et nécessitent l'utilisation de modules de mesure du courant dans le circuit primaire du transformateur ainsi que de modules destinés à réaliser la régulation du courant traversant le filament de chauffage en fonction du courant mesuré dans le circuit primaire. Bien qu'ils permettent de réaliser la régulation du courant de chauffage de la cathode, ces dispositifs présentent cependant des inconvénients qui réduisent leurs performances.En effet, l'utilisation de plusieurs modules différents a pour conséquence une augmentation du temps de réponse du circuit d'alimentation du magnétron ainsi qu'une augmentation de son coût de fabrication. Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients en réalisant un circuit de construction très simple permettant de limiter le courant qui traverse le filament de chauffage de la cathode du magnétron tout en réduisant l'encombrement ainsi que le coût de fabrication. Selon l'invention, l'agencement de la quatrième bobine dans le circuit magnétique du transformateur est tel que ladite quatrième bobine présente une self de fuite donnée qui s'oppose aux variations du courant de chauffage du filament lorsque la fréquence de commutation de l'interrupteur de puissance varie. Grâce à l'invention, la limitation du courant de chauffage du filament de la cathode est obtenue très simplement par un agencement particulier de la bobine reliée audit filament dans le circuit magnétique du transformateur. En effet cet agencement particulier provoque une autorégulation dudit courant de chauffage qui résulte uniquement de l'effet de la self de fuite obtenue par l'agencement de la quatrième bobine dans le circuit magnétique du transformateur. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un schéma électrique d'un circuit d'alimentation d'un magnétron selon un premier mode de réalisation de l'invention - la figure 2 représente un schéma électrique d'un circuit d'alimentation d'un magnétron selon un deuxième mode de réalisation l'invention - la figure 3 représente un schéma d'un circuit électrique équivalent au circuit de chauffage du filament du magnétron selon l'invention - la figure 4 représente une vue en perspective et en coupe verticale d'un transformateur équipant un circuit d'alimentation d'un magnétron selon l'invention. - la figure 5 est une vue partielle dépouillée suivant la flèche F de la figure 4 - la figure 6 est une vue en coupe selon la ligne I-I de la figure 5. Sur la figure 1, est représenté un circuit destiné à alimenter un magnétron 1 et le filament 2 de chauffage de la cathode dudit magnétron et qui est utilisé dans un appareil de cuisson tel qu'un four à micro-ondes. Dans exemple de réalisation décrit sur cette figure, le circuit est alimenté à partir d'un réseau alternatif de distribution arrivant aux bornes 3 et 4 du circuit. Ces bornes 3 et 4 sont reliées à un redresseur 6 double alternance formé par un pont de diodes et dont la sortie est branchée à deux lignes d'alimentation en courant continu 8 et 10.Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, où les éléments communs portent les mêmes références, les circuits d'alimentation représentés comportent chacun un transformateur 12 à entrefer dont le circuit primaire comporte un circuit résonant comprenant un condensateur 18 et au moins deux bobines, soit une première bobine 14;15 reliée à la borne 8 de sortie du redresseur 6 et une deuxième bobine portant la référence 20 dans le schéma de la figure 1 et la référence 21 dans le schéma de la figure 2. Ladite deuxième bobine 20 étant reliée à la bobine 14 et au condensateur 18 tandis que ladite deuxième bobine 21 est reliée à la bobine 15 et audit condensateur 18 de manière à constituer respectivement des circuits résonants.Chaque circuit résonant ainsi constitué est relié à un interrupteur électronique de puissance 24 tel que par exemple un "IGBT" (Insulated gate bipolar transistor) ou tout autre composant équivalent. Par ailleurs, sur les circuits des figures 1 et 2 ledit interrupteur électronique de puissance 24 est relié d'une part à la ligne 10 et d'autre part à un moyen de pilotage 26 destiné à commander la commutation dudit interrupteur 24 à haute fréquence. En outre, le circuit secondaire du transformateur 12 comprend une troisième bobine 28 reliée à l'anode du magnétron 1 et une quatrième bobine 30 reliée au filament 2 de la cathode dudit magnétron 1 de manière à lui fournir un courant de chauffage i. Selon l'invention, l'agencement de la quatrième bobine 30 dans le circuit magnétique du transformateur 12 est tel que ladite quatrième bobine 30 présente une self de fuite donnée qui s'oppose aux variations du courant de chauffage du filament 2 lorsque la fréquence de commutation de l'interrupteur de puissance 24 varie. En effet, comme cela est illustré sur la figure 3, le circuit de chauffage du filament 2 peut être modélisé par un générateur 32 de force électromotrice variable E, alimentant ledit filament 2 à travers la self de fuite Lf de la quatrième bobine 30. Ladite force électromotrice E varie quasi-proportionnellement à la fréquence f de commutation de l'interrupteur de puissance et peut être exprimée par l'expression E = k. où o = 2sf et k est un coefficient de proportionnalité.Par ailleurs, l'impédance équivalente Ze du circuit formé par la self de fuite Lf en série avec le filament 2 est donnée par l'expression Ze = R + Lf. dans laquelle R représente la résistance du filament 2, qui est petite devant Lf.O. Il en résulte que Ze se reduit à Ze = Lf. et par conséquent le courant i traversant le filament 2 est donné par la relation E k. k i= = = Ze Lf. Lf Comme on peut le voir à travers cette expression, le courant i est indépendant de w. Il suffit d'agencer la bobine 30 dans le circuit magnétique du transformateur 12 de manière à y créer une self de fuite appropriée pour limiter le courant i à la valeur souhaitée, et donc d'éviter la détérioration de la cathode. En se reportant de nouveau à la figure 1 représentant un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel la première bobine 14 est montée en série avec un circuit résonant parallèle formé par le condensateur 18 et la deuxième bobine 20 constituant l'enroulement primaire du transformateur 12. Avec un tel agencement, le coefficient de couplage K1 entre la quatrième bobine 30 et la troisième bobine 28 est compris entre 0,4 et 0,6. Par contre, sur la figure 2 est représenté un schéma électrique illustrant un second mode de réalisation de l'invention dans lequel la première bobine 15 et la deuxième bobine 21 sont associées dans le circuit primaire du transformateur 12 en un point commun 23 de telle sorte que chacune desdites bobines 15 et 21 soit traversée par une partie du courant délivré par la source de tension continue. Avec un tel agencement le coefficient de couplage K2 entre la bobine 15 et la bobine 21 est compris entre 0,55 et 0,65. L'invention est particulièrement intéressante dans les circuits électriques du type à résonance de courant. En effet, dans ce type de circuit, la puissance délivrée à la charge principale constituée par le magnétron est une fonction croissante de la fréquence, il suffit donc de disposer dans le circuit de chauffage du filament 2 de la cathode, d'une self d'inductance de valeur appropriée pour maintenir le courant de chauffage dudit filament 2 à une valeur donnée alors que la puissance délivrée augmente. Sur les figures 4 et 5, nous avons représenté un mode de réalisation préféré de l'invention appliquée au circuit de la figure 2 et illustrant un agencement particulier de la bobine 30 dans le circuit magnétique du transformateur 12. Comme on peut le voir sur la figure 4, le transformateur 12 présente une forme générale rectangulaire constituée par un premier noyau magnétique 31 en forme de L autour duquel sont enroulées les bobines 15, 28 et 30 et un deuxième noyau magnétique 33 identique au précédent et autour duquel est enroulée la bobine 21. Les noyaux 31 et 33 sont associés de manière à former un rectangle, et leur zone de fixation est située à un des angles dudit rectangle appelé angle de fixation tandis que l'entrefer du circuit magnétique est pratiqué dans un an gle diagonalement opposé audit angle et fixation.Selon ce mode de réalisation, l'enroulement primaire dudit transformateur 12 est constitué par la bobine 15 et la bobine 21 tandis que l'enroulement secondaire dudit transformateur 12 est constitué par un bobinage réparti des bobines 28 et 30 autour du même circuit magnétique que les bobines 15 et 21. La bobine 30 est montée dans le circuit magnétique du transformateur 12 de telle sorte que ses spires embrassent une partie du flux circulant à travers ledit circuit magnétique. Selon le mode de réalisation de l'invention, représenté aux figures 4, 5 et 6, la bobine 30 est montée dans le circuit magnétique du transformateur 12 de telle sorte que l'une 34 au moins de ses spires soit agencée dans l'entrefer du circuit magnétique du transformateur 12.La partie de cette spire 34 qui est située dans l'entrefer s'étend longitudinalement à travers ledit entrefer de sur toute la longueur de ce dernier. En effet, avec un tel arrangement, la spire 34 qui traverse l'entrefer embrasse d'une part le flux total circulant dans le circuit magnétique dans un premier sens hors de l'entrefer et, d'autre part, une partie de ce flux total circulant à travers l'entrefer dans le sens contraire au sens précédent. Il en résulte un flux global embrassé par ladite spire de valeur inférieure à celle du flux total circulant à travers le circuit magnétique du transformateur 12. Il est bien entendu que ladite spire 34 traversant l'entrefer peut être remplacée par un enroulement comportant plusieurs spires sans sortir du cadre de l'invention. Ledit flux global est alors représentatif de la self de fuite Lf et peut être réglé par un positionnement précis desdites spires dans l'entrefer. Les essais effectués par la Demanderesse ont montré que lorsque le flux embrassé par la bobine 30 avoisine la moitié du flux total circulant dans le circuit magnétique du transformateur 12, le courant circulant dans le filament 2 de chauffage est limité à 10 A lorsque la puissance absorbée par le magnétron avoisine la puissance maximale de 2000 W et à 9 A lorsque la puissance absorbée avoisine la puissance minimale de 50 W. Pour obtenir ce résultat, on comprendra qu'il faille caler la ou les spires de la bobine 30 dans la région médiane de l'entrefer. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, non représenté, un flux de fuite peut être généré par un tronçon de ferrite associé au circuit magnétique du transformateur et au circuit de chauffage du filament 2 de manière à dériver une partie du flux total circulant à travers ledit circuit magnétique et à fournir le courant de chauffage au filament 2. Un tel dispositif permet en outre un réglage aisé du flux dérivé par réglage du courant circulant dans la bobine 30. Il est bien entendu qu'un flux de fuite peut être généré dans le circuit magnétique du transformateur par d'autres arrangements des bobines 14;l5 , 20;21, 28 et 30 sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Circuit électrique destiné à alimenter, à partir d'une source de tension continue ou redressée, un magnétron (1) et le filament (2) de chauffage de la cathode dudit magnétron et comportant un transformateur (12) à entrefer dont le circuit secondaire est relié au magnétron (1) et dont le circuit primaire comporte un circuit résonant comprenant un condensateur (18) et au moins deux bobines, soit une première bobine (14;15) et une deuxième bobine (20;;21), un interrupteur électronique de puissance (24) monté en série avec l'ensemble ainsi constitué aux bornes de la source de tension et assujetti à un moyen de pilotage (26) destiné à commander sa commutation à haute fréquence, ledit circuit secondaire comprenant, dans le circuit magnétique du transformateur (12), une troisième bobine (28) reliée à l'anode du magnétron (1) et une quatrième bobine (30) reliée au filament (2), caractérisé en ce que l'agencement de la quatrième bobine (30) dans le circuit magnétique du transformateur (12) est tel que ladite quatrième bobine (30) présente une self de fuite donnée qui s'oppose aux variations du courant de chauffage du filament (2) lorsque la fréquence de commutation de l'interrupteur (24) varie. 2. Circuit électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première bobine (14) est montée en série avec un circuit résonant parallèle formée par le condensateur (18) et la deuxième bobine (20) constituant l'enroulement primaire du transformateur (12) de telle sorte que le coefficient de couplage K1 entre la quatrième bobine (30) et la troisième bobine (28), soit compris entre 0,4 et 0,6. 3. Circuit électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première bobine (15) et la deuxième bobine (21) sont associées dans le circuit primaire du transformateur (12) en un point commun (23) de telle sorte que chacune desdites bobines (15) et (21) soit traversée par une partie du courant délivré par la source de tension continue. 4. Circuit électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le coefficient de couplage K2 entre la bobine (15) et la bobine (21) est compris entre 0,55 et 0,65. 5. Circuit électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine (30) est montée sur le circuit magnétique du transformateur (12) de telle sorte que ses spires embrassent une partie du flux circulant à travers ledit circuit magnétique. 6. Circuit électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'une (34) au moins des spires de la bobine (30) est agencée dans l'entrefer du circuit magnétique du transformateur (12). 7. Circuit électrique selon la revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la bobine (30) embrasse au moins la moitié du flux circulant dans le circuit magnétique du transformateur (12). 8. Circuit électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le transformateur 12 est constitué par un premier noyau magnétique (31) en forme de L autour duquel sont enroulés les bobines, (15), (28) et (30), et un deuxième noyau magnétique (33) identique au précédent et autour duquel est enroulée la bobine (21), lesdits noyaux magnétiques (31) et (33) étant associés de manière à former un rectangle comportant en un de ses angles l'entrefer du circuit magnétique et en un angle diagonalement opposé audit entrefer la zone de fixation des deux noyaux magnétiques (31) et (33). 9. Circuit électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit résonant est du type à résonance de courant. 10. Circuit électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filament (2) de chauffage est alimenté en courant par un circuit magnétique comportant un tronçon de ferrite associé au circuit magnétique du transformateur de manière à dériver une partie du flux total circulant à travers ledit circuit magnétique. 11. Circuit électrique selon l'une quelconques des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est destiné à alimenter un magnétron (1) équipant un four de cuisson à micro-ondes.