Brevet FR2757706A1 — publié le 19980626

DISPOSITIF D'ALIMENTATION A DECOUPAGE REGULEE EN PERTURBATIONS ELECTROMAGNETIQUES La présente invention est relative à un dispositif d'alimentation à découpage d'une charge comprenant une alimentation reliée à ladite charge par une structure à résonance comportant, placés en série, un commutateur, une première inductance et une deuxième inductance, un premier condensateur étant monté en parallèle sur ledit commutateur, une cathode d'une première diode étant reliée entre lesdites première et deuxième inductances, l'anode de ladite diode étant reliée à la masse et un deuxième condensateur étant placé entre la deuxième inductance et ladite charge, une armature dudit deuxième condensateur étant reliée à la masse. Les dispositifs d'alimentation à découpage actuelle- ment connus émettent et conduisent, dans la plupart de leurs conditions d'utilisation, des perturbations électromagnéti- ques. Un exemple de dispositif d'alimentation à découpage est représenté à la figure 1. Ce dispositif comprend une alimentation Vin reliée à une charge Z par l'intermédiaire d'une structure à résonance. Cette structure comporte, reliés en série, un commutateur T1, une première inductance L1 et une deuxième inductance L2. Un premier condensateur C1 est monté en parallèle par rapport au commutateur T1 et un deuxième condensateur C2 est placé entre la deuxième inductance L2 et la charge Z, une armature de ce condensa- teur C2 étant reliée à la masse. Une première diode D1 est placée entre les deux inductances L1 et L2, l'anode de cette première diode étant reliée à la masse. Afin de minimiser les perturbations électromagnéti- ques émises, ce dispositif à alimentation à découpage possède une structure à résonance. Afin d'atteindre la résonance du premier condensateur C1 et de la première inductance L1, une technique appelée "Commutation au zéro de la tension" ou encore "Zéro Voltage Switching" (ZVS) est couramment utilisée pour commander l'ouverture et la fermeture du commutateur Tl. Pour que les pertes de commuta- tion soient faibles, il faut commander l'ouverture lorsque la diode devient passante. De plus, le blocage de cette diode génère des oscillations à haute fréquence liées à la valeur de l'inductance et au condensateur. Il s'ensuit des perturbations électromagnétiques rayonnées et conduites. Cette technique connue demande l'utilisation de comparateurs rapides et précis ainsi que de nombreux circuits logiques. Toutefois, ces comparateurs et circuits logiques ont une faible robustesse vis-à-vis des perturba- tions électromagnétiques extérieures et intérieures au dispositif d'alimentation. De plus, cette technique est mal adaptée aux composants à grande dispersion ainsi qu'aux conditions d'utilisation changeantes, par exemple lorsque la tension d'alimentation et la tension de charge sont varia- bles. Elle s'adapte également mal aux charges Z variables. La présente invention a pour but de réguler les perturbations électromagnétiques émises et conduites par un dispositif d'alimentation à découpage à un taux minimal et ce, quelles que soient les conditions d'utilisation de ce dispositif d'alimentation. A cet effet, selon l'invention, un dispositif d'alimentation à découpage d'une charge comprenant une alimentation reliée à ladite charge par une structure à résonance comportant, placés en série, un commutateur, une première inductance et une deuxième inductance, un premier condensateur étant monté en parallèle sur ledit commutateur, une cathode d'une première diode étant reliée entre lesdites première et deuxième inductances, l'anode de la première diode étant reliée à la masse et un deuxième condensateur étant placé entre ladite deuxième inductance et ladite charge, une armature dudit deuxième condensateur étant reliée à la masse, est essentiellement caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation comprend en outre des premiers moyens de détection de la décharge dudit premier condensa- teur pour définir un instant d'obtention d'un multiple d'une demirésonance du courant circulant dans le dispositif, des deuxièmes moyens de détection de pics de courant traversant ledit premier condensateur pour déterminer l'instant o les perturbations électromagnétiques dans le dispositif sont nulles, ainsi qu'un calculateur permettant de définir une durée pendant laquelle les moyens de détection de la décharge dudit premier condensateur mesurent une tension positive et les moyens de détection des pics du courant mesurent une tension nulle, cette durée correspondant à la période d'ouverture du commutateur. Le dispositif suivant l'invention peut éventuelle- ment comporter en outre une ou plusieurs des caractéris- tiques suivantes: - les premiers moyens de détection de la décharge du premier condensateur comprennent un premier capteur placé entre la tension d'alimentation et le commutateur, et les deuxièmes moyens de détection de pics du courant comprennent un deuxième capteur placé entre le premier condensateur et la première inductance; - le premier capteur comprend une deuxième diode, une première résistance ainsi qu'une deuxième résistance placées en série, le commutateur étant relié entre les première et deuxième résistances, un deuxième transistor étant placé en parallèle sur la deuxième diode et relié à une troisième résistance elle-même reliée à la masse; et - le deuxième capteur comprend une inductance primaire placée en série avec le premier condensateur, une inductance secondaire couplée par air à l'inductance primaire et placée en parallèle à une quatrième résistance elle-même reliée à la masse et à une troisième diode, cette troisième diode étant reliée à un troisième condensateur lui-même relié à une cinquième résistance. Un exemple de réalisation de l'invention va mainte- nant être décrit en regard des dessins annexés, sur les- quels: - la figure i est un schéma d'un dispositif d'ali- mentation à découpage selon l'état de la technique; - la figure 2 représente schématiquement un disposi- tif d'alimentation à découpage selon la présente invention; - la figure 3 représente schématiquement un premier capteur du dispositif d'alimentation de la figure 2; - la figure 4 est une vue schématique d'un deuxième capteur du dispositif d'alimentation de la figure 2; et - la figure 5 représente deux diagrammes des tensions mesurées respectivement par le premier capteur et le deuxième capteur en fonction de la période des pertur- bations électromagnétiques. Le dispositif d'alimentation à découpage selon la présente invention, représenté à la figure 2, comprend, outre les éléments décrits précédemment en regard de la figure 1, un premier capteur 1 et un deuxième capteur 2, tous deux reliés à un calculateur 3 destiné à commander l'ouverture et la fermeture du commutateur T1. Le premier capteur 1 de perturbations électromagné- tiques, représenté à la figure 3, est placé entre la tension d'alimentation Vin et le commutateur T1. Ce premier capteur électromagnétique comprend une deuxième diode D2, une première résistance RE ainsi qu'une deuxième résistance R2. Le commutateur T1 est relié entre la première résistance RE et la deuxième résistance R2. Un transistor T2 est placé en parallèle sur la deuxième diode D2 et est relié à une troisième résistance RC elle-même reliée à la masse. Le premier capteur 1 électromagnétique est destiné à détecter la présence ou non d'une demi-résonance du courant Ic circulant dans la première inductance L1 et le premier condensateur C1. La détection de l'achèvement de la demi-résonance est obtenue par la présence d'une tension de Gate VG du commutateur T1 supérieure à la tension de source Vs par effet MILLER. Par ailleurs, le transistor T2, et les deux résistances RE et RC constituent un translateur de tension V0 - Vs vers la masse électrique. La tension des perturbations électromagnétiques aux bornes de ce premier capteur est: VCl - RC (V0 - VS) lorsque V0 > Vs RE Sinon, lorsque V0 Vs on a alors VEM1 O 0 Le signal ainsi obtenu par ce premier capteur électromagnétique est équivalent à un état indiquant la qualité de la résonance dans le circuit constitué par la première inductance L1 et le premier condensateur C1. Le deuxième capteur 2 électromagnétique est mainte- nant décrit en regard de la figure 4. Ce capteur comprend une inductance primaire Le couplée par air à une inductance secondaire L,. L'inductance primaire L, est reliée en série au premier condensateur C1. L'inductance secondaire Ls est d'une part reliée à la masse et d'autre part placée en parallèle à une quatrième résistance R4 elle-même reliée à la masse et à une troisième diode D3. Cette troisième diode est reliée à un troisième condensateur C3 lui-même placé en parallèle à une cinquième résistance R5. Ce deuxième capteur 2 est destiné à détecter par couplage inductif, les pics de courant très brefs circulant dans le commutateur T1 ou bien encore dans le premier condensateur C1. Ces pics de courant très brefs apparaissent lorsque le commutateur T1 décharge brutalement le premier condensateur C1. Ceci se produit lorsque la durée d'ouver- ture Tof de ce commutateur est trop courte ou trop longue. La bande passante de ce capteur peut être ajustée par la valeur de la quatrième résistance R4. Par ailleurs, la troisième diode D3, le troisième condensateur C3 et la résistance R5 constituent un détecteur-crête de signal et un intégrateur. La tension moyenne VE1_2 obtenue aux bornes de ce capteur est représentative des perturbations électroma- gnétiques se produisant en fréquences élevées. On mesure ainsi ces perturbations qui correspondent à une commande de la durée d'ouverture Toff du commutateur T1 inadaptée, c'est- à-dire trop courte ou trop longue. Deux courbes représentatives de la variation de la tension aux bornes de ces deux capteurs respectivement en fonction de la période des perturbations électromagnétiques sont représentées à la figure 5. Le calculateur auquel sont reliés les deux capteurs 1 et 2 permet de calculer, à partir de ces deux courbes, la durée Toff d'ouverture du commutateur T1. Cette durée Toff correspond à la durée pendant laquelle la tension aux bornes du premier capteur est positive et la tension aux bornes du deuxième capteur est proche de 0. Par ailleurs, à partir de la tension de sortie Vout obtenue aux bornes de la charge Z, d'une tension de réfé- rence Vr.f, d'une fréquence F.an prédéterminée et d'un coefficient a positif, le calculateur délivre la fréquence F0 selon le calcul suivant: Fo - Fin + a (Vout - Vref) A partir de cette fréquence F0, on obtient la période To: To - 1 - Ton + Tot F0 Ainsi, connaissant To et ayant calculé Toff à partir desdites deux courbes, on obtient également la durée To de fermeture du commutateur T1. Par conséquent, le dispositif d'alimentation à découpage selon la présente invention permet de calculer les périodes d'ouverture et de fermeture Toff et Ton du commuta- teur T1 afin de minimiser les perturbations électromagnéti- ques émises et conduites dans le circuit. Ce dispositif d'alimentation selon la présente invention peut être appliqué à toutes les alimentations à résonance en tension ou en courant qui doivent respecter des normes d'émission de perturbations électromagnétiques, ou bien encore à un prérégulateur automobile, aux alimentations de tableaux de bord, de contrôle moteur ou de climatisation électronique. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation à découpage d'une charge (Z) comprenant une alimentation (VIN) reliée à ladite charge (Z) par une structure à résonance comportant, placés en série, un commutateur (T1), une première inductance (L1) et une deuxième inductance (L.), un premier condensateur (C1) étant monté en parallèle sur le commutateur (T1), une cathode d'une première diode (D1) étant reliée entre lesdites première et deuxième inductances (L1) et (L2), l'anode de la première diode (D1) étant reliée à la masse et un deuxième condensateur (C2) étant placé entre la deuxième inductance (L2) et la charge (Z), une armature dudit deuxième condensateur (C2) étant reliée à la masse, caracté- risé en ce que le dispositif comprend en outre des premiers moyens (1) de détection de la décharge du premier condensa- teur (C1) pour définir un instant d'obtention d'une demi- résonance du courant (Ic) circulant dans le dispositif, des deuxièmes moyens (2) de détection de pics du courant traversant le premier condensateur (C1) pour déterminer l'instant o les perturbations électromagnétiques dans le dispositif sont nulles, ainsi qu'un calculateur (3) permet- tant de définir une durée (Totf) pendant laquelle les moyens de détection (1) de la décharge du premier condensateur (C1) mesurent une tension positive et les deuxièmes moyens (2) de détection des pics de courant mesurent une tension nulle, (Toff) étant la durée de commande d'ouverture du commutateur (T1). 2. Dispositif d'alimentation à découpage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens (1) de détection de la décharge du premier condensateur (C1) comprennent un premier capteur placé entre la tension d'alimentation (Vi, ) et le commutateur (T1), et les deuxièmes moyens (2) de détection de pics du courant comprennent un deuxième capteur placé entre le premier condensateur (C1) et la première inductance (L1). 3. Dispositif d'alimentation à découpage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier capteur (1) comprend une deuxième diode (D2), une première résis- tance (RE) ainsi qu'une deuxième résistance (R2) placées en série, le commutateur (T1) étant relié entre les première et deuxième résistances, un deuxième transistor (T2) étant placé en parallèle sur la deuxième diode (D2) et relié à une troisième résistance (RC) elle-même reliée à la masse. 4. Dispositif d'alimentation à découpage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le deuxième capteur (2) comprend une inductance primaire (L.) placée en série avec le premier condensateur (C1), une inductance secondaire (Ls) couplée par air à l'inductance primaire (Le) et placée en parallèle à une quatrième résistance (R4) elle- même reliée à la masse et à une troisième diode (D3), cette troisième diode étant reliée à un troisième condensateur (C3) lui-même relié à une cinquième résistance (R5).