Brevet FR2724507A1 — publié le 19960315

La présente invention concerne un circuit redresseur de tension alternative. Les circuits redresseurs sont des convertisseurs électroniques permettant de fournir une tension de valeur moyenne non nulle à une charge à partir d'une source de tension alternative monophasée ou polyphasée. Il existe déjà dans l'état de la technique un certain nombre de types de circuits redresseurs assurant la conversion d'une énergie alternative en une énergie continue. C'est ainsi qu'il est connu d'utiliser des circuits redresseurs à diodes ou à thyristors montés en pont redresseur. Ces circuits présentent l'avantage d'être très fiables et peu onéreux. Cependant, ils présentent l'inconvénient de prélever sur la source de tension des courants riches en harmoniques basse fréquence dont le terme fondamental peut être déphasé de façon non négligeable par rapport à la tension alternative délivrée par la source. Par ailleurs, les circuits redresseurs de ce type présentent un facteur de puissance moyen. Il est également connu d'utiliser des circuits convertisseurs de type onduleur de tension comportant des organes redresseurs unidirectionnels et commandables, tels que des transistors de puissance, montés en pont redresseur. Les circuits convertisseurs à onduleur de tension sont réversibles du point de vue énergétique et peuvent indifféremment assurer un transfert de puissance de la source de tension alternative vers la source de tension continue ou de la source de tension continue vers la source de tension alternative. Ces circuits convertisseurs comportent généralement des moyens de commande des transistors, de type à modulation de largeur d'impulsion, pour relier sélectivement et de façon unidirectionnelle la source à la charge. Lorsqu'un circuit onduleur est utilisé en mode redresseur, l'entrée du circuit convertisseur est alimentée par la source de tension alternative et sa sortie est reliée à une source de tension continue, qui peut être constituée par un condensateur chargé par la source de tension alternative. Les moyens de commande effectuent une mesure du courant délivré par la source de tension alternative et comparent la valeur obtenue avec une valeur de consigne sinusoïdale. En fonction de la différence mesurée entre la valeur de consigne et la valeur du courant délivré par la source, les transistors sont commutés sélectivement par les moyens de commande de façon à fermer ou ouvrir les branches du pont redresseur de manière à déconnecter ou connecter le condensateur en parallèle sur la source de tension alternative ce qui engendre une variation de tension aux bornes du circuit onduleur et par conséquent une variation du courant délivré par la source. En agissant sur les moyens de commande des organes de commutation, il est possible de modifier la forme du courant délivré par la source de tension alternative de telle sorte que celle-ci fournisse un courant sensiblement sinusoïdal. De tels circuits présentent l'avantage de rendre sinusoïdal le courant délivré par la source de tension alternative et de présenter un facteur de puissance proche de "1". Cependant, de par leur nature, ces convertisseurs comportent un grand nombre d'organes redresseurs commandables qui nécessitent pour les commander des moyens de commande complexes. Par conséquent, dans la cas où ils sont utilisés uniquement pour redresser une tension alternative pour fournir à une charge une tension de valeur moyenne non nulle, ces circuits convertisseurs sont surdimensionnés. Le but de l'invention est de palier les inconvénients évoqués précédemment. Elle a donc pour objet un circuit redresseur d'une tension délivrée par une source de tension alternative du type comportant des organes redresseurs montés en pont redresseur adapté pour délivrer une tension continue à une charge à partir de la tension délivrée par la source de tension alternative, caractérisé en ce qu'il comporte, associés à chaque branche du pont redresseur, des moyens de filtrage des irrégularités du courant délivré par la source, connectés entre chaque borne d'entrée et chaque borne de sortie du pont redresseur. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de filtrage comportent au moins deux sources de tension continue montées en série et disposées en sortie du pont redresseur, des organes de commutation bidirectionnels en courant et en tension reliant chacun une borne de la source de tension alternative à la borne commune des sources de tension continue et des moyens de commande des organes de commutation adaptés pour provoquer l'ouverture et la fermeture des organes de commutation à la fréquence des irrégularités du courant de façon à raccorder sélectivement chacune des sources de tension continue en parallèle sur la source de tension alternative de manière à compenser les irrégularités du courant délivré par la source de tension alternative de telle sorte que celle-ci délivre un courant sensiblement sinusoïdal. Avantageusement, les organes de commutation comportent chacun au moins deux transistors MOSFET associés en série et dont les grilles sont reliées aux moyens de commandes, et chaque source de tension continue est constituée d'un condensateur de filtrage. De préférence, chaque organe redresseur comporte une diode. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de commande comportent des moyens d'élaboration d'un courant de consigne sensiblement sinusoïdal, des moyens assurant la comparaison entre la valeur du courant de consigne et une valeur mesurée du courant délivré par la source de tension alternative, et un circuit de régulation délivrant aux organes de commutation des signaux de commande pour raccorder sélectivement chacune des sources de tension continue en parallèle sur la source de tension alternative en fonction de la différence entre le courant mesuré et le courant de consigne. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente un schéma d'un circuit redresseur suivant l'invention, alimenté par une source de tension alternative monophasée; - la figure 2 représente un schéma synoptique du circuit de la figure 1 et ses moyens de commande associés; et - la figure 3 représente un schéma d'un circuit redresseur alimenté par une source de tension alternative triphasée. Le circuit représenté sur la figure 1 est un circuit redresseur destiné à délivrer à une charge (non représentée) une tension continue à partir d'une tension V10 de valeur moyenne non nulle délivrée par une source de tension alternative monophasée 10. Le circuit redresseur comporte un ensemble d'organes redresseurs montés en pont redresseur 12 et constituez chacun par une diode, respectivement D10, D12,D14 et D16. Le circuit redresseur comporte en outre des moyens de filtrage connectés entre chaque borne d'entrée et chaque borne de sortie du pont redresseur 12, de façon à être associés à chaque branche du pont redresseur 12. Les moyens de filtrage sont constitués par deux sources de tension continue montées en série, par des organes de commutation 14 et 16, et par des moyens de commande 18 de ces organes de commutation 14 et 16. Les sources de tension continue sont connectées entre les bornes de sortie du pont redresseur 12 et délivrent chacune une tension continue, respectivement Vll et V12. De préférence, chaque source de tension continue est constituée par un condensateur de filtrage, respectivement C10 et C12, chargé par le courant délivré par la source de tension alternative 10 et redressé par le pont redresseur 12. Les organes de commutation 14 et 16 relient respectivement la borne commune des condensateurs C10 et C12 et chaque point de jonction du pont redresseur 12 avec les bornes de la source de tension alternative 10. Chaque organe de commutation comporte deux transistors MOSFET, respectivement T10, T12 et T14,T16 associés en série, dont les grilles sont reliées aux moyens de commande 18. Les organes de commutation constituent ainsi des interrupteurs bidirectionnels en courant et en tension, commandables à l'ouverture et à la fermeture. Enfin, le circuit redresseur comporte une inductance L10 de lissage des variations de courant engendrées par la commutation des transistors TlO,T12 et T14,T16, disposée entre une borne de la source 10 et le pont redresseur 12. Cette inductance L10 est de préférence de l'ordre de quelques millihenry. L'ensemble constitué par la source de tension alternative 10 et l'inductance L10 forme une source de courant alternatif destiné à alimenter le pont redresseur 12 et les moyens de filtrage, en particulier les condensateurs C10 et C12, de manière à les charger. La figure 2 représente un schéma synoptique du pont redresseur de la figure 1 associé aux moyens de commande 18 de la commutation des transistors TlO,T12 et T14,T16. Les moyens de commande 18 comportent un circuit 20 générateur d'un courant de consigne IEC sensiblement sinusoïdal et une boucle d'asservissement 22 destinée à asservir le courant IE10 délivré par la source de tension alternative 10 à la valeur du courant de consigne IEC. Le circuit 20 générateur du courant de consigne IEC comporte de façon connue un transformateur, par exemple un transformateur 220V/12V, alimenté par la source de tension alternative, non représentée sur cette figure, et un amplificateur de gain variable destiné à régler l'amplitude du courant de consigne IEC en fonction de la puissance désirée. Ce circuit 20 générateur de courant délivre un courant de consigne sensiblement sinusoïdal et sensiblement en phase avec la tension délivrée par la source de tension alternative. La boucle d'asservissement 22 constitue un modulateur par largeur d'impulsion et comporte de façon connue un comparateur 24 assurant la comparaison entre le courant IE10 délivré par la source de tension alternative et le courant de consigne IEC, un circuit régulateur 26, par exemple de type proportionnel - intégral, et un circuit de commande 28 destiné à élaborer des signaux de commande V14 et V16 des organes de commutation 14 et 16 des moyens de filtrage. Le circuit régulateur 26 élabore en fonction de la différence mesurée entre les courants de consigne IEC et d'entrée IE10 une tension de consigne V18 appliquée en entrée du circuit de commande 28. En réponse à cette tension de consigne V18, le circuit de commande 28 élabore de façon connue les signaux de commande V14 et V16 destinés à provoquer la commutation des transistors TlO,T12 et T14,T16, par comparaison avec les tensions VCll et V12 présentes respectivement aux bornes des condensateurs C10 et C12. Lorsqu'une irrégularité dans le courant délivré par la source de tension alternative apparaît, la valeur du courant IE10 s'écarte de la valeur du courant de consigne sinusoïdal IEC. Par conséquent, la mesure de la différence entre le courant IE10 délivré par la source de tension alternative 10 et le courant de consigne sinusoïdal IEC permet de détecter une telle irrégularité du courant présente en entrée du pont redresseur 12. Les moyens de commande provoquent alors la commutation d'un des organes de commutation en fonction de la valeur de la différence mesurée. Dès lors, la commutation sélective de chaque organe de commutation 14 et 16 lorsqu'une irrégularité apparaît dans le courant IE10 fourni par la source de tension alternative 10 permet de connecter ou de déconnecter sélectivement chacun des condensateurs de filtrage en parallèle sur la source de tension alternative 10 de façon à provoquer une modification de la tension V20 présente en entrée du pont redresseur 12. La valeur de la tension V20 est sensiblement de l'ordre de la valeur d'une des tensions Vll et V12 présente aux bornes des condensateurs C10 et C12 ou de la somme des valeurs de ces tensions Vll et V12 suivant l'état de conduction des organes de commutation 14 et 16. Ainsi, dans le cas où les interrupteurs formés par les organes de commutation 14 et 16 sont fermés, ceux-ci forment une boucle de dérivation pour le courant circulant dans le pont redresseur 12, et la tension V20 est sensiblement nulle, ce qui provoque une élévation de la valeur du courant IE10 délivré par la source de tension alternative 10. Lorsque les interrupteurs formés par les organes de commutation 14 et 16 sont ouverts, le courant traverse les deux condensateurs C10 et C12 et la tension V20 est sensiblement de l'ordre de la somme des tensions Vil et V12 présentes aux bornes des condensateurs respectifs C10 et C12 ce qui provoque une chute de la valeur du courant IE10. De même, lorsque les interrupteurs formés par les organes de commutation 14 et 16 sont respectivement ouverts et fermés, la tension V20 prend la valeur de la tension Vll et lorsqu'ils sont respectivement fermés et ouverts, la tension V20 prend la valeur de la tension V12. Ainsi, par action sur les organes de commutation 14 et 16, il est possible d'obtenir une variation de la tension d'entrée V20 du pont redresseur 12 sur plusieurs niveaux de manière à compenser les irrégularités du courant délivré par la source de tension alternative 10 de telle sorte que celle-ci délivre un courant de forme sensiblement sinusoïdale. En outre, l'inductance L10 permet de lisser les variations de courant engendrées par la commutation de chaque organe de commutation 14 et 16. Bien entendu, plus la fréquence de commutation des transistors est faible, plus la valeur de cette inductance L10 doit être importante. Il est en outre possible de rajouter un condensateur de découplage, non représenté, en parallèle sur les bornes de la source de tension alternative 10 de manière à améliorer encore la qualité du courant prélevé sur cette source de tension alternative 10. Sur la figure 3 on a représenté un autre type de circuit redresseur adapté pour redresser une tension alternative triphasée, selon un mode de fonctionnement similaire à celui qui a été décrit en référence aux figures 1 et 2. Ce circuit redresseur comporte également un pont redresseur 30, composé de diodes D18,D20,D22,D24,D26 et D28, destiné à délivrer une tension continue à partir d'une tension alternative délivrée par une source de tension triphasée, représentée schématiquement par trois sources de tension 32,34 et 36 délivrant respectivement des tensions alternatives V22,V24 et V26. De plus, le circuit redresseur comporte des moyens de filtrage du courant délivré par les sources de tension alternative 32,34 et 36, associés au pont redresseur 30. Les moyens de filtrage, similaires aux moyens de filtrage de la figure 1, comportent deux condensateurs de filtrage C14 et C16, trois organes de commutation 38,40 et 42 reliant chacun une borne respective de la source de tension alternative à la borne commune des deux condensateurs C14 et C16. Les organes de commutation 38,40 et 42 sont identiques aux organes de commutation de la figure 1 et comportent chacun deux transistors MOSFET respectivement T18 et T20, T22 et T24 et T26 et T28, branchés en série. Par ailleurs, les moyens de filtrage comportent des moyens de commande, non représentés et également de type connu, de chaque organe de commutation 38,40 et 42. Ces moyens de commande comportent trois circuits similaires aux moyens de commande de la figure 1 mais adaptés pour délivrer chacun une tension de commande, respectivement V28,V30 et V32 à chaque organe de commutation 38,40 et 42 en fonction des courants 1E12,1E14 et IE16 délivrés par la source de tension alternative triphasée. Ainsi, comme dans le mode de réalisation de la figure 1, la commutation de chaque organe de commutation 38,40 et 42 permet de brancher sélectivement chaque condensateur de filtrage C14 et C16 en parallèle sur chaque borne de la source de tension alternative. En outre, comme dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le circuit redresseur comporte trois inductances L12, L14 et L16 destinées à lisser les variations de courant engendrées par la commutation des organes de commutation 38, 40 et 42. Les circuits redresseurs qui ont été décrits permettent d'une part de redresser une tension délivrée par une source de tension alternative de façon à fournir une tension continue et d'autre part de filtrer le courant délivré par cette source de tension alternative pour compenser les irrégularités présentes dans ce courant délivré par la source de telle sorte que celle-ci engendre un courant sinusoïdal. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits. C'est ainsi que l'interrupteur bidirectionnel en tension et en courant commandable à l'ouverture et à la fermeture réalisé à l'aide de deux MOSFET peut être réalisé d'autres manières en utilisant d'autres composants tels que des IGBT, des MOS, des GTO, des diodes ou analogues. REVENDICATIONS 1. Circuit redresseur d'une tension (V10;V22, V24,V26) délivrée par une source (10;32,34,36) de tension alternative du type comportant des organes redresseurs (D10,D12,D14,D16;D18,D20,D22,D24,D26,D28) montés en pont redresseur (12;30) adapté pour délivrer une tension continue à une charge à partir de la tension délivrée par la source de tension alternative, caractérisé en ce qu'il comporte, associés à chaque branche du pont redresseur, des moyens de filtrage (14,16,C10,C12,18;38,40,42,C14, C16) des irrégularités du courant (IE10;IE12,IE14,IE16) délivré par la source de tension alternative, connectés entre chaque borne d'entrée et chaque borne de sortie du pont redresseur (12;30). 2. Circuit redresseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de filtrage comportent au moins deux sources de tension continue (C10,C12;C14, C16) montées en série et disposées en sortie du pont redresseur (12;30), des organes de commutation (14,16; 38,40,42) bidirectionnels en courant et en tension reliant chacun une borne de la source de tension alternative (10;32,34,36) à la borne commune des sources de tension continue (C10,C12;C14,C16) et des moyens de commande (18) des organes de commutation (14,16;38,40,42) adaptés pour provoquer l'ouverture et la fermeture des organes de commutation (14,16;38,40,42) à la fréquence des irrégularités du courant (1E10;1E12,1E14,1E16) de façon à raccorder sélectivement chacune des sources de tension continue (C10,C12;;C14,C16) en parallèle sur la source de tension alternative (10;32,34,36) de manière à compenser les irrégularités du courant délivré par la source de tension alternative. 3. Circuit redresseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les organes de commutation (14,16; 38,40,42) comportent chacun au moins deux transistors MOSFET(T10,T12,T14,T16;T18,T20,T22,T24,T26,T28)associés en série et dont les grilles sont reliées aux moyens de commande (18). 4. Circuit redresseur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chaque source de tension continue (C10,C12;C14,C16) est constituée d'un condensateur de filtrage. 5. Circuit redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque organe redresseur comporte une diode (D10,D12,D14,D16;D18,D20, D22,D24,D26,D28). 6. Circuit redresseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les moyens de commande (18) comportent des moyens (20) d'élaboration d'un courant de consigne (IEC) sensiblement sinusoïdal, des moyens (24) assurant la comparaison entre la valeur du courant de consigne (IEC) et une valeur mesurée du courant (IE10;IE12,IE14,IE16) délivré par la source (10;32,34,36) de tension alternative, et un circuit de régulation (22) délivrant aux organes de commutation (14, 16;38,40,42) des signaux de commande (V14,V16;V28,V30, V32) pour raccorder sélectivement chacune des sources de tension continue (C10,C12;C14,C16) en parallèle sur la source de tension alternative (10;32,34,36) en fonction de la différence entre le courant mesuré et le courant de consigne (IEC). 7. Circuit redresseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une inductance (L10;L12,L14,L16) de lissage des variations de courant engendrées par la commutation des organes de commutation (14,16;38,40,42), disposée entre au moins une borne de la source (10;32,34,36) de tension alternative et le pont redresseur (12;30). E Circuit redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la source (10) de tension alternative (V10) est une source de tension monophasée. 9. Circuit redresseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la source de tension alternative est une source de tension triphasée, dont chaque borne est reliée à une branche correspondante du pont redresseur (30), entre deux organes de commutation (D18,D20,D22,D24,D26,D28) de polarités opposées, par l'intermédiaire d'une inductance de lissage (L12,L14, L16), chaque organe de commutation (38,40,42) reliant une borne correspondante de la source de tension alternative à la borne commune des deux sources de tension continue (C14,C16).