Brevet FR2743953A1 — publié le 19970725

çlKCUIT D'ALIMENTATION À CCNDENSATECR DE STOCKAGE La présente invention concerne les circuits d'alimentation du type à condensateur de stockage destinés à alimenter une charge par l'intermédiaire d'un circuit de régulation tel qu'un circuit à découpage. A l'heure actuelle, de nombreux appareils alimentés électriquement à partir du secteur incluent une alimentation à découpage. L'énergie est extraite du réseau sous forme de pics de courant de courte durée. Ces pics de courant perturbent l'efficacité du réseau. Les effets dus à ces pics de courant empirent avec le nombre d'appareils connectés au réseau et incorporant une alimentation à découpage. Par suite, les compagnies de distribution électrique ont imposé diverses normes pour améliorer le facteur de puissance des alimentations. La figure 1 représente un schéma classique de fourniture d'une alimentation continue à partir du secteur. Les bornes X et Y de l'alimentation alternative sont connectées aux bornes d'entrée d'un pont redresseur 1 dont les bornes de sortie A et B sont connectées à un condensateur de stockage C1 et à une charge L. On considérera que cette charge L incorpore un circuit de régulation, par exemple une alimentation à découpage, connecté à une charge. En outre, on trouve souvent en série avec le conden sateur C1 une résistance de faible valeur r destinée à limiter les appels de courant du système lors de sa mise en route. La figure 2A représente en fonction du temps la tension du secteur Vxy redressée et la tension VAB entre les bornes A et B (en négligeant l'effet de la résistance r). On suppose qu'à un instant initial t0, la tension aux bornes du condensateur C1 est plus élevée que la tension du secteur. Alors, la tension entre les bornes A et B correspond à la tension aux bornes du condensateur C1 qui se décharge progressivement dans la charge L. A partir de l'instant tl, la tension redressée du secteur devient supérieure à la tension aux bornes du condensateur et c'est le secteur qui assure l'alimentation de la charge L et la recharge du condensateur C1. A partir de l'instant t2, la tension sur le condensateur devient supérieure à la tension du secteur et c'est à nouveau le condensateur qui alimente la charge. Ceci se répète aux instants t3 et t4. La figure 2B représente l'allure du courant extrait du secteur entre les instants tl-t2 et t3-t4. Etant donné que l'on trouve alors un générateur sinusoïdal alimentant une charge et un condensateur qui sont des éléments linéaires, le courant est sensiblement sinusoïdal et, plus précisément, il correspond à une crête de sinusoïde, c'est-à-dire que sa forme est sensiblement parabolique. Une caractéristique des pics de courant est donc qu'ils sont symétriques par rapport à leur maximum et que ce maximum peut être relativement élevé. On a imaginé dans l'art antérieur divers circuits d'amélioration du facteur de puissance pour réduire et élargir ces pics de courant. Une façon simple de le faire est de limiter la valeur du condensateur C1 pour que celui-ci se décharge relativement fortement pendant chaque phase où il alimente la charge. En conséquence, 1' instant tl interviendra plus tôt dans la période et l'intervalle de temps tl-t2 sera plus élevé. D'autres circuits d'amélioration du facteur de puissance prévoient que le condensateur C1 et éventuellement d'autres condensateurs associés se chargent plus faiblement, par exemple seulement à la moitié de la tension maximum du secteur redressé. Alors, l'instant t2 intervient tardivement dans la période. Toutefois, dans les deux cas, au moins une portion du courant extrait du secteur a l'allure du pic symétrique illustré en figure 2B. Un objet de la présente invention est de prévoir un circuit d'alimentation de charge qui limite l'amplitude des pics de courant extraits du secteur. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel circuit d'alimentation dans lequel les pics de courant extraits du secteur sont dissymétriques et présentent de préférence un maximum au début de chaque pic. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un circuit d'alimentation à condensateur de stockage comprenant, aux bornes d'un pont redresseur un condensateur de stockage et une charge, le condensateur étant associé à un chemin de charge et à un chemin de décharge, le chemin de charge comprenant un limiteur de courant, d'où il résulte que le condensateur se charge à un courant sensiblement constant pendant chacune de ses phases de charge. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le limiteur de courant est un transistor MOS à enrichissement à canal N associé à des moyens de polarisation de grille. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens de polarisation de grille comprennent des moyens de mémorisation de la tension moyenne entre le drain et la source du transistor MOS, la constante de temps de ces moyens de mémorisation étant longue devant la période des signaux d'entrée du pont redresseur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens de polarisation de grille comprennent la connexion en série entre le drain et la source du transistor limiteur d'un interrupteur bidirectionnel commandé à la fermeture pendant les périodes de charge, d'une première résistance et d'un deuxième condensateur, le deuxième condensateur étant connecté entre grille et source du transistor MOS. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'interrupteur est un transistor bipolaire de type PNP. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens de commande de l'interrupteur comprennent une deuxième résistance connectée à la base du transistor PNP, un deuxième transistor de type NPN connecté entre la deuxième borne de la deuxième résistance et la source du transistor limiteur, et une troisième résistance connectée entre la base du deuxième transistor et un potentiel voisin de celui de la borne de sortie haute du pont redresseur. 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 à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 représente un circuit classique de redressement et d'alimentation de charge les figures 2A et 2B représentent des courbes de tension et de courant correspondant au schéma de la figure 1 la figure 3 représente un schéma d'un mode de réalisation simplifié de la présente invention les figures 4A à 4D représentent des courbes de tension et de courant correspondant au schéma de la figure 3 la figure 5 représente un schéma d'un exemple de réalisation de la présente invention ; et la figure 6 représente des courbes de tension correspondant au schéma de la figure 5. La figure 3 représente un pont redresseur 1 muni de bornes d'entrée X et Y et de bornes de sortie redressée A et B, un condensateur de stockage C1 et une charge L. Le condensateur C1 est associé à un trajet de décharge défini par une diode D1 et à un trajet de charge défini par une diode D2. Un limiteur de courant 10 est inséré dans le trajet de charge. Ainsi, si l'on se place dans des conditions similaires à celles de la figure 1, on obtient une allure de la tension VAB sensiblement identique. Toutefois, comme le représente la figure 4A, le condensateur C1 étant chargé à courant constant en raison de la présence du limiteur de courant 10, la tension Vcl à ses bornes varie linéairement. Le condensateur arrête de se charger pour prendre le relais de la tension d'alimentation à l'instant t2 où VAB devient inférieur à Vci. La figure 4B représente le courant IC1 dans le condensateur C1 pendant les périodes de charge. Ce courant est constant en raison de la présence du limiteur de courant 10. La figure 4C représente le courant IL dans la charge pendant les périodes tl-t2 et t3-t4. Ce courant est fourni par la tension du secteur redressée. Etant donné qu'on a considéré le cas d'une alimentation régulée, la puissance dans la charge est constante. Comme, pendant les périodes tl-t2 et t3-t4, la tension VAB est croissante, le courant dans la charge sera décroissant. Bien entendu, il circule aussi un courant dans la charge en dehors des périodes tl-t2 et t3-t4. Ce courant, fourni par la charge du condensateur C1 n'a pas été représenté puisque l'on veut seulement expliquer ici l'allure du courant fourni par le secteur, qui est nul en dehors des périodes tl-t2 et t3-t4. La figure 4D illustre le courant total extrait de l'alimentation redressée pendant les périodes tl-t2 et t3-t4. Ce courant I est la superposition des courants IL et IC1, c'est-àdire que chaque pic de courant présente un maximum à 1' instant tl et décroît jusqu'à l'instant t2. On pourrait montrer que, pour une même charge, étant donné que l'alimentation se fait à courant constant et non selon une portion de sinusoïde ou de parabole, la valeur maximum du courant Icl est sensiblement les deux tiers de la valeur maximum du courant de crête en figure 2B. C'est là un premier avantage de la présente invention, un autre avantage étant, cortine cela a été indiqué précédemment, que ce courant est dissymétrique et présente un maximum initial. Un troisième avantage de la présente invention est qu'il n'est plus utile de prévoir une résistance de limitation du courant d'appel à la mise sous tension. Le circuit de la figure 3 présente toutefois un inconvénient pratique notable à savoir que, pour les explications précédentes, on s'est placé dans le cas où le circuit de la figure 3 fournit les mêmes résultats que celui de la figure 1, c'est-àdire que l'on a supposé que le limiteur de courant était réglé à une valeur optimale. En pratique, il n'est pas possible de choisir ce courant optimal qui dépend des valeurs du condensateur C1 et de la charge L. La présente invention prévoit donc un tel circuit dans lequel le limiteur de courant s'adapte de façon automatique aux paramètres du circuit (valeurs de C1 et de L). Un exemple de réalisation de la présente invention est illustré en figure 5 dans laquelle un redresseur double alternance 1 alimente une charge L et est associé à un condensateur C1 par l'intermédiaire d'un trajet de décharge fixé par une diode D1 et d'un trajet de charge fixé par une diode D2. Dans ce mode de réalisation, le limiteur du courant du trajet de charge est réalisé sous forme d'un transistor MOS à canal N à enrichissement M1. I1 est connu qu'un tel composant fonctionne en limiteur de courant si sa tension grille-source est fixée à une valeur constante, la valeur de limitation augmentant avec la tension grille-source. La présente invention prévoit de polariser la grille du transistor M1 par un condensateur C2 chargé, avec une constante de temps longue, à une tension qui correspond sensiblement à la tension drain-source du transistor M1. Pour cela, la grille du transistor M1 est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance R1 de forte valeur et d'un interrupteur T1 au drain de ce transistor M1.L'interrupteur T1, réalisé dans le mode de réalisation représenté par un transistor bipolaire de type PNP, est fermé pendant les périodes de charge du condensateur C1 et ouvert pendant les périodes de décharge. Pendant qu'un courant circule dans le transistor M1, sa tension de drain est égale à la tension secteur VAB moins la chute de tension aux bornes de la diode D2 polarisée en direct et sa tension de source est égale à la tension sur le condensateur C1, qui croît selon une rampe linéaire, comme cela est représenté en figures 4. La figure 6 représente plusieurs alternances successives A1, A2, A3, A4 de la tension du secteur redressée et correspond à la figure 4A. On suppose qu'au cours des deux premières alternances Al et A2 la recharge du condensateur C1 équilibre parfaitement la décharge de ce condensateur pendant les périodes où celui-ci alimente la charge, ce qui correspond à ce qui est représenté à la figure 4. On suppose ensuite qu'à partir de l'alternance A3 la puissance requise par la charge L augmente. Alors, si la pente de la recharge du condensateur C1, qui correspond au courant limité imposé par le transistor M1, n'est pas modifiée, commue on le voit au cours de l'alternance A3, la recharge du condensateur C1 devient insuffisante. Toutefois, comme on l'a indiqué précédemment, la tension drain-source VDs du transistor M1 est, à tout instant d'une période de charge, égale à VAB - Vci. Cette valeur augmente fortement au cours de l'alternance A3. En conséquence, la tension intégrée stockée dans le condensateur C2 augmente, c'est-à-dire que la tension de grille VGS du transistor M1 augmente et que la valeur du courant limité imposé par le transistor M1 augmente.Ainsi, au cours de l'alternance A4, la charge du condensateur C1 est plus rapide que précé demnent et l'on revient au bout de quelques alternances à une situation d'équilibre. Bien entendu, alors que l'on a présenté en figure 6 un retour très rapide à l'équilibre, il sera clair qu'en pratique la constante de temps R1C2 sera choisie pour que le retour à l'équilibre soit plus progressif. Un exemple de commande du transistor PNP T1 pour le rendre passant (de façon bidirectionnelle) pendant les périodes de charge du condensateur C1 consiste à relier la base de ce transistor T1 à la borne de source S du transistor M1 par l'intermédiaire de la connexion en série d'une résistance R2 et d'un transistor NPN T2. La base du transistor T2 est reliée à l'émetteur du transistor T1 par une résistance R3.Ainsi, le transistor T2 devient passant dès que la tension entre les bornes A et B devient supérieure à la tension aux bornes du condensateur C1 (plus les chutes de tension dans la diode D2 en direct et dans la jonction base-émetteur de ce transistor T2) et la mise en conduction du transistor T2 entraîne la mise en conduction du transistor T1, d'où il résulte que le condensateur C2 est susceptible de se recharger ou de se décharger pour adapter sa tension à la chute de tension aux bornes du transistor M1. Dans un mode de réalisation particulier, on pourra adapter pour les divers composants les valeurs suivantes C2 = 01 ssF, R1 = 200 kohms à 1 Mohms (de sorte que R1.C2 > 20 ms), R2 = 4,7 Mohms, et R3 = 100 kohms. La largeur du pic de courant sera déterminée de façon classique par la relation entre la capacité du condensateur C1 et la demande de puissance de la charge L. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'home de l'art, notamment, en ce qui concerne la réalisation du limiteur de courant, la réalisation d'un circuit de commande ayant pour fonction d'ajuster la chute de tension aux bornes de ce limiteur de courant à une valeur optimale, et la réalisation d'un circuit permettant de valider le circuit de commande seulement pendant les phases de charge du condensateur C1. De plus, l'hargne de l'art, quand il voudra obtenir un pic de courant dissymétrique dans des systèmes de correction de facteur de puissance connu, pourra dans de nombreux cas combiner la présente invention à de tels systèmes connus. REVENDICATIONS 1. Circuit d'alimentation à condensateur de stockage comprenant, aux bornes d'un pont redresseur (1) un condensateur de stockage (C1) et une charge (L), le condensateur étant associé à un chemin de charge (D2) et à chemin de décharge (D1), caractérisé en ce que le chemin de charge comprend un limiteur de courant (10), d'où il résulte que le condensateur (C1) se charge à un courant sensiblement constant pendant chacune de ses phases de charge. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le limiteur de courant est un transistor MOS à enrichissement à canal N (M1) associé à des moyens de polarisation de grille. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de polarisation de grille comprennent des moyens (C2) de mémorisation de la tension moyenne entre le drain et la source du transistor MOS, la constante de temps de ces moyens de mémorisation étant longue devant la période des signaux d'entrée du pont redresseur. 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de polarisation de grille comprennent la connexion en série entre le drain et la source du transistor limiteur d'un interrupteur bidirectionnel (T1) commandé à la fermeture pendant les périodes de charge, d'une première résistance (R1) et d'un deuxième condensateur (C2), le deuxième condensateur étant connecté entre grille et source du transistor MOS. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'interrupteur (T1) est un transistor bipolaire de type PNP. 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de commande de l'interrupteur comprennent une deuxième résistance (R2) connectée à la base du transistor (T1), un deuxième transistor (T2) de type NPN connecté entre la deuxième borne de la deuxième résistance et la source du transistor limiteur (M1), et une troisième résistance (R3) connectée entre la base du deuxième transistor (T2) et un potentiel voisin de celui de la borne de sortie haute du pont redresseur.