Brevet FR2734424A1 — publié le 19961122

DISPOSITIF D'ALIMENTATION ELECTRONIQUE L'invention concerne un dispositif d'alimentation électronique. Elle concerne plus particulièrement un dispositif avec circuit de correction du facteur de puissance. On connaît un circuit de correction de facteur de puissance sans inductance de ligne, qui utilise des diodes de redressement pour charger en série et décharger en parallèle deux condensateurs de filtrage, en sortie d'un redresseur en pont. Un schéma électrique d'un tel circuit est représenté en figure 1. Un redresseur en pont reçoit sur une paire de bornes d'entrée une tension VAC variant périodiquement. Un circuit 3 de correction de facteur de puissance est connecté entre le redresseur i et une charge 2, sur une paire de bornes de sortie du redresseur. Ce circuit 3 utilise deux condensateurs de filtrage, C1 et C2, de même capacité. Une première diode de redressement Dl est connectée en direct entre les deux condensateurs C1 et C2. L'ensemble est connecté entre deux bornes de sortie du redresseur. Une deuxième diode de redressement D2 est connectée en inverse en parallèle sur le premier condensateur C1 en série avec la première diode D1. Une troisième diode D3 de redressement est connectée en inverse en parallèle sur le deuxième condensateur en série avec la première diode D1. Le fonctionnement d'un tel circuit est maintenant expliqué, en relation avec les courbes représentées à la figure 2. En régime établi, au début d'une alternance de la tension de ligne Vin, la diode D1 est bloquée. Les diodes D2 et D3 sont passantes, ce qui correspond à la fin de période de décharge des condensateurs C1 et C2. Quand la tension de ligne Vin dépasse la tension de charge des condensateurs, les diodes D2 et D3 passent à l'état bloqué. Puis, quand la tension de ligne Vin dépasse la somme des tension de charge des deux condensateurs (Vcl + Vc2), la diode D1 se met à conduire (T1) et les deux condensateurs se chargent en série, jusqu'à ce que la tension de ligne atteigne sa valeur crête Vc (T2). La diode D1 repasse alors à l'état bloqué. Les deux condensateurs sont chacun chargés à Vc/2 (condensateurs identiques). La tension de ligne qui décroît alors, va devenir inférieure à cette tension de charge Vc/2 : les diodes D2 et D3 deviennent donc passantes, D1 étant toujours bloquée. Les condensateurs se retrouvent connectés en parallèle. Le condensateur C1 alimente la charge via la diode D3 et le condensateur C2 alimente la charge via la diode D2. Ceci s'arrête dès que la tension de ligne Vin recommence à croître (alternance suivante), et devient supérieure à la tension de chaque condensateur : les diodes D2 et D3 repassent à l'état bloqué ; la diode D1 est toujours bloquée. On est en TO. Le cycle recommence. On obtient la forme d'onde de courant 1in représentée sur la figure 2. Entre TO et T1, c'est le secteur (VAC) qui alimente directement la charge (D1, D2 et D3 bloquées). La forme du courant pour une puissance PoUt consommée dans la charge 2 est donnée par la relation Iin(t) = Pout/Vin(t) Pour PoUt constante, entre TO et TA, Vin croît et Iin décroît. Entre T1 et T2, les condensateurs se chargent. Au courant consommé dans la charge 2 (en pointillé) se superpose le courant de charge des condensateurs. Entre T2 et T3, la charge des condensateurs chacun à la moitié de la tension crête Vc est terminée. Le courant Iin est seulement le courant consommé dans la charge 2 et on retrouve la forme d'onde du courant donnée par la relation : Iin(t) = Pout/Vin(t) La tension de ligne décroît et 1in décroît (avec out constante). Enfin, entre T3 et TO, ce sont les condensateurs C1 et C2 qui alimentent la charge 2. Le courant 1in appelé dans le redresseur est nul. Le circuit 3 permet donc d'augmenter l'angle de conduction du redresseur en pont : la forme d'onde du courant 1in est étalée sur l'alternance de tension, avec 3 phases de conduction : [TO-T1], [T1-T2] et [T2-T3]. De cette manière on améliore le facteur de puissance du dispositif (rapport de la puissance réelle à la puissance totale apparente), puisque l'on force la ligne à consommer du courant pendant la partie la plus significative de l'onde de tension, c'est à dire quand la valeur instantanée de la tension de ligne dépasse la moitié de la valeur crête Vc. Cependant pour la charge des condensateurs, on a un appel de courant de charge qui entraîne un front de montée raide du courant de ligne. On a donc un pic de courant, ce qui correspond à un contenu harmonique basse fréquence non négligeable, qui limite la valeur du facteur de puissance (fourniture de puissance à des fréquences harmoniques différente de la fréquence de ligne). Un objet de l'invention est d'améliorer ce circuit de correction de facteur de puissance. Un objet de l'invention est de réduire le contenu harmonique basse fréquence de la forme d'onde du courant tiré du redresseur. Telle qu'elle est caractérisée, l'invention concerne un dispositif d'alimentation électronique d'une charge comprenant un redresseur en pont recevant une tension périodique sur une paire de bornes d'entrée, et un circuit de correction de facteur de puissance connecté sur une paire de bornes de sortie du redresseur et comprenant deux condensateurs, une diode de redressement pour les charger en série et deux diodes de redressement pour les décharger en parallèle. Selon l'invention, le circuit de correction comprend en outre une résistance en série avec la première diode de redressement, pour limiter le courant d'appel dans les condensateurs et pour diminuer le contenu harmonique basse fréquence du courant conduit par le redresseur. L'addition d'une résistance en série avec la diode qui permet le contrôle de la charge en série des condensateurs, permet d'atténuer le courant de charge, ce qui se traduit par un forme d'onde du courant de ligne plus arrondie : le contenu harmonique basse fréquence d'une telle forme d'onde est très atténué. Le facteur de puissance du dispositif est ainsi nettement amélioré. De plus, à la mise sous tension, les condensateurs se chargent tout de suite : la résistance va alors en outre limiter le courant d'appel qui, si il est trop fort, altère les diodes et les condensateurs. Dans un perfectionnement de l'invention, on utilise la structure particulière à trois diodes du circuit de correction de facteur de puissance selon l'invention pour protéger la circuiterie en aval du redresseur contre des surtensions sur le secteur. Selon l'invention, on utilise comme diodes de redressement, des diodes zener. En cas de surtension secteur, les trois diodes zener se retrouvent connectées en série. La circuiterie est donc protégée contre des surtension supérieures à trois tension zener. Chaque condensateur est protégé contre des surtensions supérieures à deux tensions zener. Dans une variante, on utilise un commutateur de puissance commandé en courant, en parallèle sur la résistance et la diode qui contrôle la charge en série des condensateurs. Et on utilise une diode zener pour chacune des deux diodes qui contrôle la décharge des condensateurs. De cette manière, on peut protéger la circuiterie contre des surtensions supérieures à deux tension zener et les condensateurs contre des surtensions supérieures à une tension zener. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention sont détaillés dans la description jointe faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma électrique d'un circuit de correction de facteur de puissance déjà décrit, - la figure 2 représente les formes d'onde de courant et de tension de ligne correspondantes, - la figure 3 représente un schéma d'un circuit de correction de facteur de puissance selon l'invention et - la figure 4 représente un autre schéma d'un circuit de correction de facteur de puissance selon l'invention. La figure 3 représente un schéma d'un circuit 3 de correction de facteur de puissance selon l'invention, connecté sur une paire de bornes de sortie d'un redresseur en pont alimenté par une tension secteur VAC sur une paire de bornes de sortie Le redresseur 1 et le circuit de correction de facteur de puissance 3 alimente une charge 2. Le circuit 3 comprend deux condensateurs de filtrage C1 et C2 en série sur les bornes de sortie du redresseur 1. Une résistance R et une première diode D4 montée en direct sont connectées en série entre les deux condensateurs C1, C2. Une deuxième diode D5 est connectée en inverse et en parallèle sur l'ensemble série du premier condensateur C1, de la résistance R et de la première diode D4. Une troisième diode D6 est connectée en inverse et en parallèle sur l'ensemble série du deuxième condensateur C2, de la résistance R et de la première diode D4. L'ensemble résistance R et première diode D4 contrôle la charge en série des condensateurs C1 et C2. La résistance R selon l'invention permet d'une part de limiter la valeur du courant d'appel dans les condensateurs à la première mise sous tension. Dans le pire cas de figure, où l'on met sous tension l'équipement alors que l'on est au sommet de l'alternance, la valeur du courant d'appel sera ainsi limitée à Vc/R, Vc étant la tension crête de la tension de ligne. La résistance R selon l'invention permet d'autre part d'atténuer le courant de charge, ce qui se traduit par un arrondi de la portion de forme d'onde du courant de ligne correspondante, comme représenté en pointillé sur la figure 2 (intervalle [T1-T2]). En contrepartie, la résistance consomme du courant. Mais on a pu déterminer en pratique que pour une résistance consommant 1% seulement de la puissance disponible, on améliorait très sensiblement le facteur de puissance du dispositif. Dans un exemple, pour 100 Watts, avec VAC = 230 Volts Ac, C1 = C2 = 40 microfarads, R = 20 ohms, PRmaX 1 Watt, on obtient un facteur de puissance PF = 0,88. Enfin, l'ensemble du dispositif de redressement et de correction de facteur de puissance peut se présenter avantageusement sous la forme d'un circuit intégré. Dans un perfectionnement représenté sur la figure 3, on utilise comme diodes de redressement D4, D5 et D6, des diodes zener. En effet, la structure du circuit 3 de correction de facteur de puissance offre trois diodes de redressement en série sur la paire de bornes de sortie du redresseur. En utilisant trois diodes de redressement à limitation de tension, on peut alors protéger la circuiterie en aval (la charge 2) contre des surtensions secteur supérieures à trois fois la tension de limitation (trois tensions zener). Par ailleurs, la structure offre deux diodes de redressement en parallèle sur chacun des condensateurs. De la même manière, en utilisant deux diodes de redressement à limitation de tension, on protège chaque condensateur contre des surtensions supérieures à deux fois la tension de limitation (soit deux tensions zener). Cette tension de limitation zener doit être choisie supérieure à la moitié de la valeur crête Vc de la tension de ligne. Une variante d'un circuit de correction du facteur de puissance utilisé pour la protection contre les surtensions selon l'invention est représentée sur la figure 4 : les diodes D5 et D6 qui contrôlent la décharge des condensateurs en parallèle, sont des diodes de redressement à limitation de tension. Mais en parallèle de la première diode de redressement D4 en série avec la résistance R, on place un commutateur électronique T1 commandé en courant inverse par l'une des diodes zener, D5 dans l'exemple. Ce commutateur électronique est par exemple un triac, et une résistance rl connectée à la diode zener D5 fournit le courant de gâchette négatif nécessaire à déclencher le triac. En cas de surtension, l'ensemble D6, T1, D5 fournit un passage au courant inverse et permet de protéger contre des surtensions supérieures à seulement deux fois la tension zener. Comme vu précédemment, les diodes D5 et D6 doivent être telles qu'elles restent bloquées quand la tension de ligne atteint la valeur crête Vc, ce qui conduit en pratique à prendre comme tension zener Vz > Vc/2 Par exemple, pour 220 VAC, la tension crête Vc de la tension de ligne redressée Vin est égale à 310 volts. Si les diodes zener sont choisies avec une tension zener de 180 volts, la circuiterie est protégée pour des surtensions supérieures à 360 volts. Ce circuit avec commutateur commandé en courant nécessite une autre diode zener Z7 connectée entre la diode zener Z5 et le commutateur, pour que ce dernier soit correctement commandé pendant la surtension. En pratique, une diode zener de 5 - volts est suffisante pour cette tâche. Enfin, dans les deux exemples de circuit de correction de facteur de puissance à protection contre les surtensions, le dispositif de redressement et le circuit de correction peuvent être réalisés dans un même circuit intégré. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation électronique d'une charge (2) comprenant un redresseur en pont (1) recevant une tension périodique (VAC) sur une paire de bornes d'entrée, et un circuit (3) de correction de facteur de puissance connecté sur une paire de bornes de sortie du redresseur et comprenant deux condensateurs (C1, C2), une diode de redressement (D4) pour les charger en série et deux diodes de redressement (D5, D6) pour les décharger en parallèle, caractérisé en ce que le circuit de correction comprend en outre une résistance (R) en série avec la première diode de redressement (D4) pour limiter le courant d'appel dans les condensateurs et pour diminuer le contenu harmonique basse fréquence du courant conduit par le redresseur (1). 2. Dispositif d'alimentation électronique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la résistance (R) est calibrée pour dissiper au plus 1% de la puissance nominale. 3. Dispositif d'alimentation électronique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les diodes de redressement (D4, D5, D6) sont des diodes zener. 4. Dispositif d'alimentation électronique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un commutateur électronique commandé en courant connecté en parallèle sur la première diode de redressement (D4) en série avec la résistance (R), et en ce que les diodes de redressement (D5, D6) pour décharger en parallèle les condensateurs (C1, C2) sont des diodes zener, pour protéger la charge (2) contre des surtensions. 5. Dispositif d'alimentation électronique selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit commutateur est un triac. 6. Dispositif d'alimentation électronique selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la commande en courant dudit commutateur est fournie par l'une des diodes zener. 7. Circuit intégré comprenant un redresseur en pont (1) et un circuit (3) de correction de facteur de puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes.