Brevet FR2746979A1 — publié le 19971003

DISPOSITIF DE CoMMUZATICN ENIRE UNE TENSION ALTERNATIVE ET UNE TENSION CONTINUE La présente invention concerne un commutateur de fermeture d'un chemin de décharge d'un condensateur de stockage d'une alimentation redressée. Elle s'applique plus particulièrement à la réalisation d'un commutateur destiné à être commandé par un signal à deux états, référencé à la masse et dont un état haut est de même signe que l'alimentation redressée. Toutefois, bien que la présente invention soit décrite ci-après dans le cadre de cette application, on notera que l'invention prévoit également un commutateur de sélection d'une tension parmi une tension alternative et une tension continue référencée à la masse, destiné à être commandé par un signal à deux états également référencé à la masse et de même signe que la tension continue. La figure 1 représente un exemple de redresseur associé à un condensateur de stockage, par exemple, destiné à un convertisseur de puissance tel qu'un système d'alimentation à découpage. Le redresseur comporte généralement un pont de diodes 1 connecté à une alimentation alternative (bornes El, E2), par exemple, la tension alternative du secteur. Un condensateur de stockage C est disposé entre des bornes de sortie, respectivement S1 et S2, du redresseur pour fournir une alimentation continue redressée Vout. Dans l'exemple représenté à la figure 1, le condensateur C est associé à des chemins de charge et de décharge distincts. Le chemin de charge est constitué d'une diode D connectée entre une première borne du condensateur et la borne S2 (généralement la masse). Le chemin de décharge est constitué par un thyristor Th monté entre la première borne du condensateur et la masse. Le thyristor Th est un thyristor à gâchette d'anode reliée à un circuit 2 fournissant un signal de commande à deux états référencé à la masse. La figure 2 illustre le fonctionnement du redresseur tel que représenté à la figure 1. Cette figure représente, sous forme de chronogrammes, l'allure de la tension Vout en fonction d'un signal de commande Vg du thyristor Th, les périodes de conduction du thyristor Th étant illustrées dans un troisième chronogramme. On suppose qu'à un instant tO, le condensateur C est chargé et que la tension Vin délivrée par le redresseur est à son maximum Vm. La tension Vout est également à son maximum Vm et le thyristor Th est bloqué. La tension Vin commence à décroître dans la deuxième moitié de l'alternance, et, à un instant tl, le bloc 2 envoie une impulsion positive (Vcc) de commande du thyristor Th. A cet instant, le thyristor se ferme et la tension Vout passe brusquement au niveau de charge maximale du condensateur C correspondant, par exemple, à l'amplitude maximale Vm de la tension Vin. En supposant qu'une charge est connectée aux bornes S1 et S2, le condensateur C se décharge jusqu'à ce que la tension Vin redevienne supérieure à la tension aux bornes du condensateur (instant t2), c'est-à-dire lors de l'alternance suivante. A cet instant, le thyristor se bloque et le condensateur C se recharge par l'intermédiaire de la diode D1. Ce fonctionnement se répète à chaque alternance de la tension alternative redressée. Dans certaines applications, le brusque saut de tension à l'instant tl lors de la fermeture du thyristor Th pose des problèmes. Cela est par exemple le cas, si la tension Vout est des tinée à un circuit synchronisé sur le secteur, par exemple, un système d'amélioration du facteur de puissance dans un récepteur de télévision où le signal Vout sert de base au balayage horizontal de l'écran. Dans ce type d'application, la fermeture du thyristor Th se voit sur l'image, le brusque saut de tension créant des parasites à la fréquence du secteur. Plus généralement, ce problème se pose lors de la commutation entre deux sources de tension, respectivement, alternative et continue. La présente invention vise à pallier cet inconvénient en proposant un dispositif de commutation douce à la fermeture. L'invention vise également à proposer un tel dispositif dont le temps de commutation soit ajustable indépendamment du circuit de commande. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un dispositif de commutation de sélection d'une tension entre une première tension alternative et une deuxième tension continue référencée à la masse, destiné à être commandé par un signal à deux états, référencé à la masse et de même signe que ladite tension continue, comportant des moyens pour ajuster le temps de fermeture d'un commutateur lors de la sélection de la tension continue. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ladite première tension est une tension alternative redressée, ladite deuxième tension continue étant fournie par un condensateur de stockage chargé par ladite tension alternative redressée, et ledit commutateur constituant un chemin de décharge du condensateur de stockage. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit commutateur est un transistor MOS à canal P, lesdits moyens pour ajuster le temps de fermeture du commutateur étant constitués d'un circuit d'amortissement des fronts descendants du signal de commande. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit circuit d'amortissement comporte un premier condensateur monté en série avec une première résistance entre une borne recevant le signal de commande et une grille du transistor MOS, et une première diode montée en parallèle avec un deuxième condensateur et une deuxième résistance entre la grille du transistor MOS et la masse. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit circuit d'amortissement comporte une troisième résistance montée en parallèle sur la première résistance, ladite deuxième résistance étant montée en série avec une deuxième diode. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la valeur du premier condensateur est sensiblement supérieure à la valeur du deuxième condensateur. Une caractéristique de la présente invention est de réaliser le commutateur au moyen d'un transistor MOS de puissance à canal P associé à un circuit d'amortissement des fronts descendants du signal de commande. En effet, la vitesse de commutation d'un thyristor n'est pas réglable et on ne peut donc pas ralentir son temps de commutation pour éviter des perturbations dans la charge. Le recours à un transistor à canal P est lié au fait que le signal de commande est positif et que la tension continue délivrée par le condensateur est elle-même positive et référencée à la masse. 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 les figures 1 et 2 qui ont été décrites précédemment sont destinées à exposer l'état de la technique et le problème posé ; la figure 3 représente un mode de réalisation d'un dispositif de commutation douce selon la présente invention ; et la figure 4 illustre, sous forme de chronogrammes, le fonctionnement du dispositif représenté à la figure 3. Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. De même, les chronogrammes des figures 2 et 4 ne sont pas à l'échelle. La figure 3 représente un mode de réalisation d'un dispositif de commutation selon la présente invention, appliqué à un redresseur d'une tension alternative. Comme précédemment, le redresseur comporte un pont de diodes 1, un condensateur de stockage C, un commutateur, et un bloc de commande 2 du commutateur. Selon la présente invention, le commutateur K' est constitué d'un transistor MOS de puissance à canal P monté en série avec le condensateur C. Le drain du transistor est connecté à une première borne du condensateur C tandis que sa source est connectée à une borne S2 de sortie du redresseur dont le potentiel constitue un potentiel de référence (généralement la masse), à la fois, pour la charge (non représentée) et pour le bloc de commande 2. Un circuit 3 d'amortissement des fronts descendants du signal de commande délivré par le bloc 2 est intercalé entre ce bloc 2 et la gâchette du transistor MOS MP. Le circuit 3 comporte un premier condensateur C1 en série avec une résistance R1, entre une sortie A du bloc 2 et la grille du transistor MP. Un deuxième condensateur C2, ainsi qu'une diode D1 et une résistance R3, sont connectés en parallèle entre la grille du transistor MP et la masse. Le fonctionnement du dispositif de commutation sera décrit par la suite en relation avec la figure 4 qui représente, sous forme de chronogrammes, l'allure de la tension Vout entre les bornes S1 et S2, du potentiel Vgs de la grille du transistor MP et de la tension VA du signal délivré par le bloc 2. Le signal de commande VA est constitué pour être à la masse lorsque le commutateur K' doit être fermé et à un potentiel positif (Vcc) lorsque le commutateur K' doit être ouvert. Lorsque le potentiel de la sortie A du bloc 2 est égal à Vcc (instants t0 à tl), le condensateur C1 se charge par l'intermédiaire de la résistance R1 et de la diode D1. Le transistor MP est bloqué et la tension Vout suit la tension Vin. Quand le potentiel VA devient nul (instant tl), suite à un changement d'état du signal de commande destiné à fermer le commutateur K', le condensateur C2 se charge par la masse sous l'effet de la décharge du condensateur C1, le circuit étant fermé par la résistance R1. Le potentiel Vgs décroît en suivant la pente de charge du condensateur C2. Lorsque ce potentiel devient inférieur à la tension de pincement Vp du transistor MP (instant t2), celui-ci entre en conduction. La tension grille-source (Vgs) du transistor MP continue à décroître jusqu'à un instant t3 où elle atteint -Vcc (charge complète du condensateur C2). Ainsi, l'évolution de la tension aux bornes du transistor MOS est progressive. On notera que la diode D1 est polarisée en inverse pendant la charge du condensateur C2. Quand le potentiel VA redevient positif (instant t4), sous l'effet d'un changement d'état du signal de commande, la capacité C2 se décharge dans la résistance R3. Comme le condensateur C2 est de faible valeur, sa constante de temps est faible. La grille du transistor MOS est ainsi ramenée à la masse. La diode D1 redevient polarisée en direct et la capacité C1 peut ainsi à nouveau se charger. La décharge du condensateur C2 garantit que l'évolution de la tension grille-source Vgs du transistor MOS démarre à 0 volts à chaque fermeture. Le temps T (t3-tl) de commutation à la fermeture du transistor MOS MP est fixé par les résistance R1 et R3 et le condensateur C2, alors qu'il est instantané à l'ouverture grâce au chemin de charge du condensateur C par la diode D. On veillera à ce que la valeur du condensateur C1 soit très grande devant la valeur du condensateur C2 pour que le condensateur C1 dispose d'une charge suffisante pour permettre la charge du condensateur C2. A titre d'exemple particulier, la valeur du condensateur C1 est de l'ordre de 10 microfarads alors que la valeur du condensateur C2 est de l'ordre de 100 nanofarads. On notera que le condensateur C1 doit avoir le temps de se charger à Vcc à chaque période de blocage du transistor MOS, c'est-à-dire pendant que le potentiel VA est positif. Il peut cependant se produire, qu'en fonction du rapport cyclique du signal de commande délivré par le bloc 2, le condensateur C1 n'ait pas le temps de se charger complètement, selon la valeur choisie pour la résistance R1 qui conditionne, par ailleurs, la constante de temps T de commutation. Une première solution consiste à effectuer un compromis entre le ralentissement de la fermeture du commutateur K', opérée par la cellule R1C2, et la nécessité de charger complètement le condensateur C1 à travers la résistance R1. Une deuxième solution préférée est, selon la présente invention, de disposer une diode D2 et une résistance R2 en parallèle sur la résistance R1. Ainsi, on augmente la vitesse de charge du condensateur C1 dans la mesure où les résistance R1 et R2 se trouvent en parallèle lors de cette charge. Par contre, on ne modifie pas la constante de temps T de fermeture du commutateur K' dans la mesure où, grâce à la diode D2, seule la résistance R1 intervient pour fermer le circuit de charge du condensateur C2. Les deux paramètres (vitesse de charge du condensateur C1 et temps de fermeture du commutateur K') sont donc fixés indépendamment l'un de l'autre. Un avantage de la présente invention est que le dispositif de commutation ainsi constitué supprime toute perturbation dans la charge lors de la fermeture du commutateur K'. Un autre avantage de l'invention est que l'allongement du temps de commutation n'intervient qu'à la fermeture, le commutateur K' s'ouvrant toujours immédiatement pour permettre l'alimentation de la charge par la tension alternative redressée Vin et la charge du condensateur C par la diode D lorsqu'il n'est plus suffisamment chargé. Ainsi, la charge du condensateur C n'est pas perturbée par le commutateur selon l'invention. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art, notamment, en ce qui concerne le choix des valeurs des résistances R1, R2 et R3 et des condensateurs C1 et C2. De plus, bien que l'on ait fait référence, dans la description qui précède, à une application particulière de l'invention à un redresseur, l'invention s'applique à tout dispositif de commutation destiné à sélectionner une tension parmi une première tension alternative et une deuxième tension continue au moyen d'un signal de commande de même signe que la tension continue, pour l'alimentation d'une charge dont le fonctionnement est synchrone avec la tension alternative. VENDICATIONS 1. Dispositif de commutation de sélection d'une tension entre une première tension alternative et une deuxième tension continue référencée à la masse, destiné à être commandé par un signal (VA) à deux états, référencé à la masse et de même signe que ladite tension continue, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (3) pour ajuster le temps (T) de fermeture d'un commutateur (K') lors de la sélection de la tension continue. 2. Dispositif de commutation selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première tension est une tension alternative redressée (Vin), ladite deuxième tension continue étant fournie par un condensateur de stockage (C) chargé par ladite tension alternative redressée (Vin), et ledit commutateur (K') constituant un chemin de décharge du condensateur de stockage (C). 3. Dispositif de commutation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit commutateur (K') est un transistor MOS à canal P (MP), lesdits moyens pour ajuster le temps (X) de fermeture du commutateur (K') étant constitués d'un circuit (3) d'amortissement des fronts descendants du signal de commande (VA). 4. Dispositif de commutation selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit circuit d'amortissement (3) comporte un premier condensateur (C1) monté en série avec une première résistance (R1) entre une borne (A) recevant le signal de commande (VA) et une grille du transistor MOS (MP), et une première diode (D1) montée en parallèle avec un deuxième condensateur (C2) et une deuxième résistance (R3) entre la grille du transistor MOS (MP) et la masse. 5. Dispositif de commutation selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit circuit d'amortissement (3) comporte une troisième résistance (R2) montée en parallèle sur la première résistance (R1), ladite deuxième résistance (R2) étant montée en série avec une deuxième diode (D2). 6. Dispositif de commutation selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la valeur du premier condensateur (C1) est sensiblement supérieure à la valeur du deuxième condensateur (C2).