Brevet FR2755803A1 — publié le 19980515

La présente invention a trait aux convertisseurs délivrant, à partir d'une tension d'entrée continue, une ou plusieurs tensions de sortie continues et plus particulièrement aux convertisseurs multi-sorties, par exemple mais non exclusivement du type "flyback" ou "push-pull". Ces types de convertisseurs qui comportent un transformateur unique à plusieurs sorties indépendantes obtenues à partir de plusieurs enroulements secondaires du transformateur, présentent certains inconvénients dont en particulier celui de nécessiter, en fonction des besoins particuliers de l'utilisateur, une redéfinition du transformateur et une adaptation de l'alimentation. Ceci implique des délais de réalisation et des coûts de développements qui grèvent l'adaptation de ces types de convertisseurs à la demande. La présente invention vise précisément à réduire significativement ces inconvénients en proposant une technique plus souple et plus économique pour répondre aux différents besoins. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de montage configurable d'un convertisseur de tension continue à partir d'éléments modulaires, caractérisé en ce qu'il consiste, d'une part, à constituer chacun desdits éléments sous forme d'un convertisseur continu/continu élémentaire porté par un support pourvu de broches de connexion, et, d'autre part, à constituer une carte-mère sous forme d'un circuit imprimé agencé pour recevoir plusieurs desdits éléments en fonction de la configuration des tensions de sortie désirée, ladite configuration étant réalisée par le choix et l'interconnexion des éléments entre eux et avec la carte-mère à l'aide d'établissement et/ou suppression de liaisons, ladite carte-mère étant en outre munie des différentes fonctions de bases nécessaires au convertisseur multi-sorties final à réaliser. Le procédé de l'invention permet de réaliser à la demande, de manière simple, rapide et économique, des convertisseurs multi-sorties adaptés aux besoins spécifiques. Le procédé apporte en effet une grande souplesse dans la configuration du convertisseur multi-sorties gracie à l'association et au montage immédiats sur une même carte-mère préétablie, de convertisseurs élémentaires également préétablis, de caractéristiques identiques ou différentes et au mode de connexion des sorties individuelles desdits convertisseurs élémentaires, à l'aide d'éléments de liaison tels que des "straps" rapportées par soudage de manière très facile et rapide ou de suppression de liaison dans les circuits imprimés de la carte-mère. Avantageusement et selon une autre caractéristique du procédé, la carte-mère peut recevoir un ou plusieurs autres éléments de même morphologie que ceux constituant lesdits convertisseurs élémentaires et portant des circuits, également préétablis, réalisant une ou plusieurs fonctions complémentaires telles que des fonctions de gestion d'alimentation, de contrôle interne, etc... L'invention a également pour objet les convertisseurs multi-sorties obtenus conformément au procédé ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de modes de mise en oeuvre du procédé de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels Figure 1 est un schéma illustrant un convertisseur de tension continue multi-sorties conventionnel de type "flyback" . Figures 2a et 2b illustrent schématiquement deux éléments modulaires que l'on appellera "brique", portant chacun un convertisseur dit élémentaire; . Figures 3a à 3d illustrent schématiquement quatre configurations possibles de convertisseurs multi-sorties conformes à l'invention; et Figure 4 représente schématiquement un convertisseur multi-sorties selon l'invention, à trois sorties. Sur la figure 1 on a illustré le principe de base d'un convertisseur "flyback" conventionnel à trois sorties indépendantes. Le convertisseur est constitué d'un transformateur unique comprenant un enroulement primaire N1 aux bornes duquel est appliquée une tension continue d'entrée Ve donnée, via un interrupteur INT1 de découpage, et trois enroulements secondaires indépendants N2,N3 et N4 reliés à trois sorties délivrant trois tensions continues différentes V1,V2 et V3. Le nombre de sorties indépendantes peut bien entendu varier. Avec ce type de convertisseur l'obtention de configurations de tensions de sorties différentes ou particulières (nombre de sorties, caractéristiques des tensions et puissances désirées) impose pour chaque cas une redéfinition complète du transformateur unique et une adaptation en conséquence de l'alimentation. II en résulte inévitablement des délais d'exécution et des frais de développements. Le procédé de l'invention permet de réaliser à la demande de façon rapide et sans développements, un convertisseur continu-continu configurable (tensions de sortie, puissance de sortie) multi-sorties. A cet effet, des convertisseurs continu-continu dit élémentaires, préétablis, sont constitués sur des supports appropriés, dénommés briques, pourvus de broches de connexion et d'un format standard adapté à la technologie des cartes à circuits imprimés. De telles briques sont représentées schématiquement en 1 et 1' sur les figures 2a et 2b respectivement. II s'agit par exemple d'une plaquette de circuit imprimé rectangulaire de quelques centimètres de longueur. Chaque plaquette (1,1') porte l'équivalent par exemple des éléments N1,INT1,N2 et associés de la figure 1, c'est-à-dire un transformateur avec un enroulement primaire unique, un interrupteur de découpage, un enroulement secondaire unique et son circuit de sortie. Les briques 1,1' sont munies de broches de connexion standard symbolisées par les références 2 à 10 sur les figures. La figure 2a se rapporte à un convertisseur élémentaire à sortie simple (broches 2,3) et la figure 2b à un convertisseur élémentaire à sortie double (broches 6,7,8), chaque brique assurant la régulation et la sécurité de sa voie. Conformément à l'invention, il est prévu une gamme de convertisseurs du type de ces figures, d'une puissance de dix watts et couvrant plusieurs gammes de tensions d'entrées (Ve) et de tensions de sorties (Vo). Bien entendu on peut sur le même principe réaliser des briques à convertisseur élémentaire d'une puissance supérieure, ou inférieure, à dix watts. La figure 3a illustre le montage de trois briques du type de la brique 1 sur une carte-mère symbolisée en 11. Ceile-ci est réalisée dans la technologie conventionnelle des circuits imprimés. D'une manière générale, la carte-mère 11 est réalisée de façon à présenter plusieurs emplacements de réception d'un certain nombre de briques 1 identiques ou non, les broches des briques 1 étant à des écartements correspondant à ceux des trous récepteurs ménagés à cet effet sur la carte-mère. Le convertisseur multi-sorties de la figure 3a comporte une entrée unique reliée en parallèle à l'entrée unique des trois briques 1 de dix watts, et deux sorties, à savoir une sortie 1 constituée par le montage en parallèle des sorties de deux briques 1 et une sortie 2 constituée par la simple sortie de la troisième brique 1. En outre, conformément à l'invention, la carte-mère est préétablie avec des circuits réalisant des fonctions complémentaires telles que des fonctions de filtrage 12 à l'entrée du convertisseur multi-sorties ou des fonctions 13 de surveillance et sécurité. Ainsi, le convertisseur dispose sur la sortie 1 d'une puissance de vingt watts sous une tension (V1 = V2) égale à celle de l'une des briques 1 et sur la sortie 2 d'une puissance de dix watts sous une tension identique à celle de la sortie 1, ou différente. Sur la figure 3b est schématisé un convertisseur utilisant les mêmes briques 1 que le convertisseur de la figure 3a mais avec un montage en série des sorties des deux briques 1 de gauche en sorte d'avoir en sortie 1 une tension V1 + V2 double de celle de sortie d'une brique, avec une puissance de vingt watts. Les montages des figures 3a,3b sont très faciles et rapides à réaliser par l'établissement ou la suppression de liaisons entre éléments du circuit imprimé de la carte-mère 11, I'établissement des liaisons étant par exemple effectué par des simples "straps" soudés sur la carte-mère. Outre la facilité et le faible coût du montage des briques en vue d'obtenir la configuration finale du convertisseur multi-sorties désiré, il est à noter deux autres avantages résultant de la technique objet de l'invention, à savoir l'encombrement réduit du convertisseur multi-sorties par rapport à un convertisseur conventionnel de même configuration, ainsi que la réduction des pertes par effet Joule. En effet, d'une part, les briques 1 en question sont de moindre épaisseur que le transformateur unique du convertisseur traditionnel et, d'autre part, le fait de substituer par exemple à un courant primaire unique, plusieurs courants primaires en parallèle (dans les briques 1) entraîne pour conséquence, à puissance égale, une diminution desdites pertes par effet Joule, la somme des pertes dans les briques étant inférieure à celles du transformateur unique équivalent. La figure 3c illustre une variante de réalisation du convertisseur de la figure 3a dans laquelle la brique de droite est remplacée par une brique 1" de même morphologie que les briques 1 mais remplissant une fonction différente et plus particulièrement une fonction dite d'intelligence à savoir par exemple une fonction de gestion, une fonction de contrôle interne ou une fonction de filtrage complémentaire, ou autre. De telles briques 1" sont également préétablies et incorporent par exemple une logique programmée délivrant en sortie des bits de gestion comme illustré sur la figure 3c. Le convertisseur représenté comporte une seule sortie mais il est évident qu'il peut être pourvu de plusieurs sorties présentant la gamme désirée de tensions et puissance par le montage approprié de plusieurs briques 1 éventuellement de puissances différentes. La figure 3d correspond au convertisseur de la figure 3b dans lequel la brique 1 de droite a été remplacée par la brique 1" de la figure 3c. La figure 4 est un synoptique des fonctionnalités d'un convertisseur selon l'invention, constitué de trois briques 1 identiques de dix watts montées sur une carte-mère 11'. On a symbolisé respectivement en 14,15,16,17,18 et 19 les liaisons à établir (par des straps soudés par exemple) ou à supprimer sur la carte-mère 11 pour monter les sorties des briques 1 en parallèle ou en série en vue d'obtenir la configuration désirée des sorties (tension et puissance) du convertisseur formé par l'ensemble. Les mises en parallèle des sorties des briques se font à partir de la voie 1. C'est ainsi que l'on peut lui connecter en parallèle la voie 2 en établissant les liaisons (soudant des straps) 14 et 16. On peut de plus lui connecter en parallèle la voie 3 en établissant les liaisons 17 et 19, ce qui permet d'avoir sur la voie 1 une puissance de 10,20 ou 30 watts. Les mises en série se font en établissant les liaisons 1 5 et 18, ce qui permet d'additionner les tensions disponibles sur les voies 1,2 et 3. En variante, la carte-mère 11 peut avantageusement comporter des fonctions 20 de régulation complémentaire des sorties du convertisseur, par exemple à des fins de télérégulation ou d'ajustage des tensions de sortie des différentes voies 1,2 et 3. Ces fonctions 20 sont également préétablies sur la carte-mère 11. C'est ainsi que sur la figure 4, la voie 1 dispose d'une régulation séparée avec prise de l'information de mesure sur le secondaire, ce qui assure une grande précision de la tension de sortie (de l'ordre de 1% sur toute la gamme de température, pour toute la gamme de tension d'entrée). La voie 1 peut être couplée aux voies 2 et 3, pour ce qui concerne ce type de régulation, grâce à l'établissement des liaisons 14, 16, 17 et 19, en sorte d'obtenir une sortie disposant d'une puissance de 10,20 ou 30 watts, régulée à 1%. Enfin, le bloc fonctionnel 13 implanté sur la carte-mère 11' regroupe la protection thermique, la protection court-circuit et la gestion du bit de marche/arrêt (on/off), ce bit permettant l'arrêt du convertisseur lorsqu'il est à l'état bas. L'ensemble carte-mère (11,11') et briques (1,1',1") est ensuite moulé dans un boîtier de morphologie similaire à celle des convertisseurs multisorties conventionnels. L'invention n'est évidemment pas limitée aux modes de mise en oeuvre représentés et décrits ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne les caractéristiques (en particulier tensions d'entrée, de sortie, puissance) de chaque brique (1,1') faisant office de convertisseur continu-continu élémentaire, ainsi que les fonctionalités de la ou les briques (1") de gestion notamment d'alimentation. REVENDICATIONS 1. Procédé de montage configurable d'un convertisseur de tension continue à partir d'éléments modulaires, caractérisé en ce qu'il consiste, d'une part, à constituer chacun desdits éléments sous forme d'un convertisseur continu/continu élémentaire porté par un support (1,1') pourvu de broches de connexion (2 à 10), et, d'autre part, à constituer une cartemère sous forme d'un circuit imprimé (11) agencé pour recevoir plusieurs desdits éléments (1,1') en fonction de la configuration des tensions de sortie désirée, ladite configuration étant réalisée par le choix et l'interconnexion des éléments (1,1') entre eux et avec la carte-mère (11) à l'aide d'établissement et/ou suppression de liaisons (14 à 19), ladite carte-mère étant en outre munie des différentes fonctions de bases (12,13) nécessaires au convertisseur multi-sorties final à réaliser. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits convertisseurs élémentaires (1,1') ont des caractéristiques de tension d'entrée, de tension de sortie et de puissance, identiques ou différentes. 3. Procédé suivant la revendication i ou 2, caractérisé en ce que lesdits établissements ou suppressions de liaisons sont effectués à l'aide d'éléments de liaison, tels que des straps (14 à 19), rapportés par soudage, ou non, en des endroits appropriés du circuit imprimé de la carte-mère (11,11'). 4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on munit la carte-mère (11,11') d'un ou plusieurs autres éléments (1") de même morphologie que ceux (1,1') constituant lesdits convertisseurs élémentaires et portant des circuits, également préétablis, réalisant une ou plusieurs fonctions complémentaires telles que des fonctions de gestion d'alimentation, de contrôle interne. 5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on munit en outre la carte-mère (11,11') de fonctions (20) de régulation des tensions de sortie du convertisseur. 6. Convertisseur de tension continue multi-sorties obtenu conformément au procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Convertisseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'ensemble carte-mère (11,1 i') - briques (1,1',1") est moulé dans un boîtier de morphologie similaire à celle des convertisseurs multi-sorties conventionnels.