Brevet FR2730342A1 — publié le 19960809

TRANSFORMATEUR ELECTRIQUE. EN PARTICULIER POUR CIRCUIT D'ALIMENTATION A RESONANCE. ET CIRCUIT EQUIPE D'UN TEL TRANSFORMATEUR L'invention est relative à un transformateur électrique comportant un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire autour d'un noyau magnétique. L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, un tel transformateur électrique pour circuit d'alimentation à résonance. II s'agit notamment d'un transformateur électrique à basse tension pour un circuit d'alimentation à résonance de poste de télévision. On sait qu'un transformateur réel présente des imperfections de manière inhérente. En particulier, on ne peut éviter la présence d'une self de fuite primaire / secondaire et donc un couplage imparfait entre les enroulements primaire et secondaire. Dans les utilisations et applications du transformateur on s'efforce de tenir compte de cette self de fuite. Une difficulté importante, pour la prise en compte de cette self de fuite vient de ce que, jusqu'à présent, on ne savait pas l'ajuster, de manière simple et économique, sur une valeur sensiblement constante, notamment pour une série de transformateurs électriques destinés à une même utilisation. L'invention a pour but, surtout, de fournir un transformateur électrique dont la self de fuite primairelsecondaire puisse avoir une valeur souhaitée pour une application déterminée. L'invention a également pour but de fournir un transformateur électrique qui reste d'une construction simple et économique, et dont la conception permette d'obtenir plusieurs gammes de valeurs de self de fuite primaire/secondaire. Selon l'invention, le transformateur électrique est caractérisé par le fait que l'enroulement primaire est fractionné en galettes décalées l'une par rapport à l'autre suivant la direction de l'axe de l'enroulement primaire, les nombres de spires d'enroulement primaire dans chaque galette étant modulés pour ajuster la self de fuite primaire/secondaire à une valeur souhaitée. Le transformateur peut avoir plusieurs enroulements secondaires; il comporte alors, de préférence, une galette principale dont la dimension suivant I'axe du noyau est suffisante pour recevoir tous les enroulements secondaires, et plusieurs galettes auxiliaires, de dimension plus réduite suivant l'axe du noyau, pour recevoir les différentes fractions de l'enroulement primaire, ces galettes auxiliaires étant situées axialement d'un côté au moins de la galette principale. Selon une variante, les galettes auxiliaires sont disposées axialement de chaque côté de la galette principale des enroulements secondaires. Avantageusement, le transformateur comporte une carcasse, en particulier en matière plastique, présentant un corps muni d'un passage central, cylindrique ou prismatique, dans lequel est engagé le noyau magnétique, et des collerettes en saillie radiale sur le corps, situées dans des plans orthogonaux à l'axe du passage et écartées les unes des autres, ces collerettes définissant des encoches annulaires pour les galettes des enroulements. La carcasse peut présenter deux collerettes écartées axialement d'une plus grande distance que les autres collerettes, et définissant une large encoche, pour les enroulements secondaires. Dans le cas où le transformateur est utilisé dans un circuit d'alimentation à résonance, la self de fuite du transformateur est utilisée comme self de résonance, et les nombres de spires des galettes de l'enroulement primaire sont modulés pour que la self de fuite du transformateur ait une valeur appropriée à la résonance du circuit d'alimentation. Le circuit d'alimentation à résonance peut être celui d'une alimentation à découpage,en particulier à fréquence comprise entre 100 KHz et 500 KHz. La self de fuite primairelsecondaire peut être comprise entre 400 H et 600 pH. Le transformateur peut notamment être un transformateur basse tension pour un circuit d'alimentation à résonance d'un poste de télévision. L'invention est également relative à un circuit d'alimentation à résonance, en particulier pour poste de télévision, ce circuit étant caractérisé par le fait qu'il comporte un transformateur électrique, tel que défini précédemment, la self de résonance du circuit étant constituée par la self de fuite primaire / secondaire du transformateur. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec références au dessin ci-annexé, mais qui ne sont nullement limitatifs. La figure 1 de ce dessin est un schéma de transformateur électrique. La figure 2 est une vue simplifiée, en coupe axiale, avec partie en extérieur, d'un transformateur selon l'invention. La figure 3, enfin, montre semblablement à la figure 2, une variante de réalisation du transformateur. En se reportant à la figure 1, on peut voir le schéma électrique simplifié d'un transformateur t comportant un enroulement primaire 1 et deux enroulements secondaires 2a, 2b bobinés autour d'un noyau magnétique 3. Ce transformateur présente une self de fuite primaire I secondaire représentée schématiquement par une inductance Lf disposée en série avec l'enroulement primaire i. L'alimentation de l'enroulement primaire 1 est assurée par une source électrique S, tandis que les enroulements secondaires 2a, 2b sont représentés reliés à des charges électriques Ma, Mb. On comprend que la self de fuite Lf est un élément dont il faut tenir compte pour optimiser le fonctionnement du circuit dans lequel est intégré le transformateur I C'est le cas en particulier lorsque ce transformateur t est inséré dans un circuit d'alimentation à résonance,notamment pour poste de télévision. La source électrique S, destinée à être branchée sur le réseau alternatif, par exemple à 220 volts, est constituée par une alimentation à découpage à fréquence élevée, notamment comprise entre 100 et 500 KHz. La fréquence de résonance du circuit comportant l'enroulement primaire 1 du transformateur t va dépendre du produit LC, L étant la valeur d'inductance du circuit et dépendant de la valeur de la self de fuite Lf, tandis que C représente la valeur capacitive du circuit considéré. On pourrait donc penser que pour ajuster le produit LC à la fréquence de résonance souhaitée, il suffirait en cas de variation de la valeur L, due à des variations de la valeur de la self de fuite Lf, d'ajuster la valeur capacitive C. Une telle façon d'opérer l'ajustement du produit LC ne conduirait pas à des résultats satisfaisants car si l'on souhaite un rendement maximal, permettant d'alimenter une charge maximale au secondaire, il faut aussi respecter une valeur déterminée du rapport UC. II apparait ainsi que l'ajustement de la self de fuite Lf à une valeur déterminée est important pour optimiser les circuits. Un transformateur T, conforme à l'invention, montré sur la figure 2, permet de satisfaire à ces exigences. L'enroulement primaire 11 du transformateur T est fractionné en galettes Ila,llb,ilc,lid, décalées l'une par rapport à l'autre suivant la direction de l'axe A de l'enroulement primaire 11. Les nombres de spires d'enroulement primaire dans chaque galette Il a-i Id sont modulés pour ajuster la self de fuite primaire/secondaire à une valeur souhaitée. Les bobines élémentaires correspondant à chaque galette lia-il d, de l'enroulement primaire 11, sont électriquement en série puisque réalisées à partir d' un même fil continu, les extrémités de l'enroulement primaire étant reliées à des picots ou broches p de sortie qui peuvent être perpendiculaires à l'axe A (version horizontale illustrée sur les figures 2 et 3) ou parallèles à l'axe A (version verticale non illustrée). Dans l'exemple de la figure 2, I'enroulement primaire il est composé de quatre galettes. II est clair que le nombre de galettes peut être différent, ce nombre étant choisi de manière optimale. Le transformateur T comporte plusieurs enroulements secondaires entre lesquels il convient d'obtenir un très bon couplage. Pour cela, les enroulements secondaires forment une seule galette principale 12 dont la dimension I suivant l'axe A du noyau est suffisante pour recevoir tous les enroulements secondaires. Les fractions lia - Il d de l'enroulement primaire forment plusieurs galettes auxiliaires dont la dimension e suivant l'axe A du noyau est plus petite que celle I de la galette principale. Sur la figure 2, les différentes galettes auxiliaires de l'enroulement primaire ont été représentées avec une dimension axiale e identique, les variations de nombre de spires au niveau de chaque galette auxiliaire se traduisant par une variation de dimension radiale de la galette auxiliaire. Toutefois, on pourrait avoir une dimension e variable d'une galette auxiliaire à l'autre. Selon le mode de réalisation de la figure 2, les galettes il a - il d sont situées axialement du même côté de la galette principale 12. Avantageusement, le noyau 13 du transformateur T est un noyau magnétique ferrite en forme de barreau cylindrique ou prismatique. Le transformateur T comporte une carcasse 14, en particulier en matière plastique moulée, présentant un corps 15 muni d'un passage central, de forme cylindrique ou prismatique correspondant à celle du noyau 13 qui traverse le corps 15. La carcasse 14 comporte en outre des collerettes 16 à 21 en saillie radiale sur le corps 15, situées dans des plans orthogonaux à l'axe A et écartées les unes des autres suivant la direction de cet axe. Ces collerettes 16 - 21 définissent des encoches annulaires pour les galettes des enroulements primaires et secondaires. Deux collerettes 16, 17 de la carcasse 14 sont espacées axialement d'une plus grande distance correspondant à la longueur axiale ! de la galette principale des enroulements secondaires pour définir une large encoche apte à recevoir ces enroulements secondaires. Les collerettes 17,18, ainsi que les collerettes suivantes, sont espacées d'une distance moindre correspondant à la dimension axiale e des galettes auxilaires lia - il d formant l'enroulement primaire. La figure 3 montre une variante de réalisation dans laquelle les galettes auxiliaires lila - 1 1 1 e, de l'enroulement primaire 111, sont situées de part et d'autre de la galette principale 112 formée par les enroulements secondaires. La carcasse 114 est munie de collerettes correspondantes 116 - 122. Dans l'exemple de la figure 3, cinq galettes auxiliaires sont prévues deux galettes il la, ilib sont disposées d'un côté de la galette principale 112 et trois autres galettes iii c - 111e sont disposées d'un autre côté de cette galette. Pour le reste le transformateur de la figure 3 est semblable à celui de la figure 2. Selon l'invention la self de fuite primaire / secondaire du transformateur T peut être ajustée de façon simple à la valeur souhaitée pour le circuit d'alimentation à résonance en répartissant de manière appropriée les spires de l'enroulement primaire dans les galettes auxiliaires Il a - il d ou Illa - 111e. Pour une application déterminée, on peut ainsi maintenir constante d'un transformateur à l'autre la valeur de self de fuite correspondant au couplage primaire / secondaire et la self de fuite devient un élément utile puisqu'elle sert de self de résonance avec une valeur optimale. Bien que l'intérêt de l'invention soit particulièrement sensible pour un transformateur destiné à un circuit d'alimentation à résonance, et pour le circuit incorporant un tel transformateur, il est clair que la possibilité d'ajuster de manière simple et économique la valeur de self de fuite dans le transformateur conforme à l'invention conserve son intérêt dans toute application où la valeur de cette self de fuite intervient de manière sensible. Avec un même noyau et une même carcasse, il est possible d'obtenir des transformateurs dont les valeurs de self de fuite peuvent être différentes, notamment pour des applications à des fréquences de résonance différentes, en modifiant la répartition des spires de l'enroulement primaire dans les galettes auxiliaires. Ces résultats avantageux sont obtenus par la mise en oeuvre de moyens simples et relativement économiques. On donne ci-après un exemple numérique relatif à un transformateur d'alimentation à résonance prévu pour une platine de poste de télévision. Ce transformateur est prévu pour fonctionner dans un circuit d'alimentation à fréquence de découpage et de résonance élevée, de l'ordre de 150 KHz. II s'agit d'un transformateur basse tension dont l'enroulement primaire comportait 42 spires et dont la section du circuit magnétique était de 1,8 cm2. L'induction était de 0,15 T (tesla) pour un courant magnétisant de 2,5 A. La self primaire était de L = 450 pH. Quatre enroulements secondaires étaient prévus avec respectivement 31 spires, 5 spires, 2 spires et une spire, comme illustré sur le tableau ci-dessous avec un transformateur correspondant à la figure 3. TABLEAU Enroulements Nombre de Fil conducteur des Ne de Nombre de spires enroulements galettes spires par (multibrins) galette primaire 42 14t0,2mm Ilia 12 (14 brins de 0,2 mm) iiib 12 111d 6 111e 12 secondaires: : 150V 31 14'0,2mm 112 31 25V 5 14*0,2mm 112 5 10V 2 14*0,2mm 112 2 6V 1 14t0,2mm 112 I où la largeur de la galette principale 112 est 12 mm et la largeur de chacune des galettes auxiliaires 111a-112e est 2 mm. La galette auxiliaire iii c n'est pas utilisée dans cet exemple. REVENDICATIONS 1. Transformateur électrique (T) comportant un enroulement primaire (11, 111) et au moins un enroulement secondaire (12, 112) autour d'un noyau (13), caractérisé par le fait que l'enroulement primaire (11, 111) est fractionné en galettes (lia - 11 id; 111 a - 111e) décalées l'une par rapport à l'autre suivant la direction de l'axe (A) de l'enroulement primaire (11, 111), les nombres de spires d'enroulement primaire dans chaque galette étant modulés pour ajuster la self de fuite primaire / secondaire à une valeur souhaitée. 2. Transformateur électrique selon la revendication 1, comportant plusieurs enroulements secondaires, caractérisé par le fait qu'il comporte une galette principale (12, 112) de dimension (l) suivant l'axe (A) du noyau suffisante pour recevoir tous les enroulements secondaires et plusieurs galettes auxiliaires (lia - lld ; villa - 111e), de dimension (e) plus réduite suivant l'axe du noyau, pour recevoir les différentes fractions de l'enroulement primaire, ces galettes auxiliaires (lita - lld ; villa - 111e) étant situées axialement d'un côté au moins de la galette principale (12112). 3. Transformateur électrique selon la revendication 2 caractérisé par le fait que les galettes auxiliaires (lita - 111e) sont disposées, axialement, de chaque côté de la galette principale (112) des enroulements secondaires. 4. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il comporte une carcasse (14, 114), en particulier en matière plastique, présentant un passage central (15), cylindrique ou prismatique, traversé par le noyau(l3), et des collerettes (16 - 21; 116 122) situées dans des plans orthogonaux à l'axe du passage, et écartées les unes des autres, définissant des encoches annulaires pour les galettes des enroulements. 5. Transformateur selon la revendication 4 caractérisé par le fait que la carcasse (14, 114) présente deux collerettes (16, 17 ; 116, 117) espacées axialement d'une plus grande distance que les autres collerettes entre elles, et définissant une large encoche pour les enroulements secondaires (12,112). 6. Transformateur selon l'une quelconque des revendications précédentes pour circuit d'alimentation à résonance caractérisé par le fait qu'il comporte une modulation des nombres de spires des galettes 7. Transformateur selon la revendication 6 caractérisé par le fait que sa self de fuite primaire/secondaire a une valeur appropriée à une alimentation à découpage à fréquence comprise entre 100 KHz et 500 KHz. 8. Transformateur selon la revendication 6 ou 7 caractérisé par le fait que la valeur de self primairelsecondaire est comprise entre 400 pH et 600 ,aH. 9. Utilisation d'un transformateur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 dans un circuit d'alimentation à résonance d'un poste de télévision. 10. Circuit électrique, en particulier circuit d'alimentation à résonance, comportant un transformateur selon l'une des revendications 1 à 8.