Brevet FR2763781A1 — publié le 19981127

DISPOSITIF D'ALIMENTATION AVEC CONVERTI8SEURS MONTES EN REDONDANCE La présente invention concerne un dispositif d'alimentation comportant au moins deux convertisseurs d'énergie, une sortie commune et une sortie locale par convertisseur, les convertisseurs étant montés en redondance pour délivrer sur la sortie commune une tension d'alimentation continue, leur couplage étant effectué au moyen de diodes antiretour dont la cathode est le siège de la tension d'alimentation continue, chaque convertisseur comportant une boucle d'asservissement de la tension sur la sortie commune et chaque convertisseur étant également prévu pour délivrer une tension d'alimentation continue sur sa sortie locale. Parmi les qualités essentielles que l'on peut attendre d'un équipement de transmission, il y a bien sQr, sa résistance vis-à-vis des perturbations diverses et sa capacité à transmettre des données sans erreur qui ont une importance majeure, mais aussi son comportement en cas de panne. Il est habituel de doubler tout ou partie des équipements, afin de minimiser les interruptions de service. En particulier, il est classique de pallier une défaillance d'une source d'alimentation en utilisant une seconde source d'alimentation identique montée en redondance avec la première, c'est à dire montée en parallèle par rapport à la charge qui est connectée à la sortie des deux sources. En pratique, on utilise généralement des convertisseurs d'énergie électrique comme sources d'alimentation. La figure 1 représente la structure d'un équipement de transmission classique, lequel équipement comporte deux convertisseurs d'énergie 10 et 20 destinés à alimenter trois modules 30, 40 et 50 de l'équipement. Les deux convertisseurs constituent le dispositif d'alimentation de l'équipement. Les modules 30 et 50 sont respectivement alimentés par les convertisseurs 10 et 20 tandis que le module 40 est alimenté par les deux convertisseurs à la fois. Le convertisseur 10 (respectivement 20) est alimenté entre une borne à tension positive 11 et une borne à tension négative 12 (respectivement 21 et 22). Les convertisseurs sont montés en parallèle sur le module 40, leur couplage étant effectué au travers de diodes antiretour 13 (23) dont la cathode est le siège d'une tension d'alimentation continue VO. A cet effet, chaque convertisseur comporte une borne de sortie commune 14 (24) reliée à l'entrée du module 40 et sur laquelle il délivre la tension d'alimentation VO. Par ailleurs, chaque convertisseur comporte un régulateur de tension 15 (25) par exemple du type à modulation de largeur d'impulsion (PWM). Une boucle d'asservissement 16 (26) maintient la tension sur la sortie commune 14 (24) à la valeur VO. Chaque convertisseur comporte également une borne de sortie locale 17 (27) pour fournir une tension d'alimentation continue V1 (V2) au module non secouru 30 (50). Dans l'exemple de la figure 1, on cherche à obtenir une tension V1 ou V2 égale à VO. En conséquence, chaque convertisseur comporte une diode 18 (28) connectée entre la sortie du régulateur et la borne de sortie locale pour retrouver sur cette dernière la même tension que sur la sortie commune. Un telle structure, bien que couramment utilisée, pose cependant quelques problèmes. En effet, les deux convertisseurs alimentent simultanément le module 40 avec une tension continue VO qui est maintenue constante par les deux boucles d'asservissement. Les deux boucles d'asservissement ayant un noeud en commun, elles s'influencent alors mutuellement et peuvent conduire à un déséquilibre de fonctionnement entre les deux convertisseurs. C'est ainsi que, si par exemple le convertisseur 10 délivre une tension VO qui croIt, le convertisseur 20 va détecter cette croissance de la tension VO et la boucle d'asservissement 26 va réagir pour abaisser la tension de sortie du régulateur 25. A un moment, la diode antiretour 23 se bloque et, la boucle d'asservissement 26 étant dans l'incapacité de fonctionner, la sortie du régulateur tombe à zéro. Si une défaillance du convertisseur 10 intervient alors, le convertisseur 20 va se remettre à fonctionner normalement, cependant il y aura une période transitoire pendant laquelle le module 40 ne sera pas alimenté. Cette période correspondant à une interruption de service de l'équipement n'est pas acceptable. Un autre inconvénient est que, dans la configuration précédente, le convertisseur 20 n'est pas en mesure de fournir la tension V2 attendue sur la sortie locale 27 lorsque sa boucle d'asservissement ne peut fonctionner. Enfin, un tel montage ne tient pas compte du fait que la chute de tension dans les diodes du dispositif est très variable selon la température et peut donc introduire des disparités entre les tensions VO, V1 et V2 supposées égales dans l'exemple de la figure 1. Pour remédier à ces inconvénients, diverses solutions ont été décrites dans l'état de la technique. Un convertisseur connu est décrit à la figure 2. I1 se différencie du convertisseur 10 de la figure 1 par son mécanisme d'asservissement 16 de la tension de la sortie commune. Le mécanisme d'asservissement décrit dans ce document prend en compte l'état (bloqué ou passant) de la diode antiretour pour commander le régulateur. A cet effet, le mécanisme d'asservissement 16 prélève la tension de part et d'autre de la diode antiretour 13 au moyen de deux ponts de résistances 31, 32 et 33, 34. Le point milieu 35 du pont de résistances 31, 32 est relié au point milieu 36 du pont de résistances 33, 34 par l'intermédiaire d'une diode 37. La cathode de cette diode est connectée au noeud 35 tandis que l'anode est connectée au noeud 36. Le noeud 36 est par ailleurs connecté à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 38 qui reçoit d'autre part une tension de référence Vref sur son entrée non inverseuse. Enfin, la sortie de l'amplificateur 38 est reliée à une entrée de commande du régulateur 15. Le fonctionnement de ce convertisseur est le suivant: tant que la diode antiretour 13 est passante, une fraction de la tension d'alimentation commune VO est comparée à la tension de référence Vref pour commander le régulateur 15. Pendant cette phase, la diode 37 est bloquée. En revanche, dès que la diode antiretour 13 se bloque, la diode 37 devient passante et la tension sur le noeud 36 va s'abaisser du fait de la mise en parallèle des résistances 32 et 34. L'amplificateur opérationnel 38 reçoit donc sur son entrée inverseuse une tension qui décroît et sa sortie va donc agir sur le régulateur pour qu'il augmente sa tension de sortie et débloque ainsi la diode antiretour 13. Un tel convertisseur ne résout que partiellement les problèmes exposés précédemment. En effet, la tension, V1 ou V2, délivrée sur la sortie locale du convertisseur, 10 ou 20, de plus faible débit n'est pas suffisante lorsque la diode antiretour de celui-ci est bloquée ou à la limite du blocage. En effet, si la diode antiretour se bloque, c'est que le régulateur ne débite pas suffisamment pour fournir la tension VO sur sa sortie commune. Aussi, comme les diodes 13 (23) et 18 (28) sont identiques, le convertisseur est alors dans l'incapacité de fournir une tension V1 ou V2 suffisante sur sa sortie locale. Par ailleurs, ce convertisseur ne résout pas le problème de la dispersion des valeurs de chute de tension dans les diodes en fonction de la température. Un but de l'invention est de pallier tout ou partie des inconvénients précités. Ce but est atteint dans l'invention en supprimant la diode présente sur la sortie locale du convertisseur et en la remplaçant par des moyens de réglage de la tension locale (V1 ou V2) indépendant par rapport aux autres parties du convertisseur. Aussi, l'invention a donc pour objet un dispositif d'alimentation comportant au moins deux convertisseurs d'énergie, une sortie commune et une sortie locale par convertisseur, les convertisseurs étant montés en redondance pour délivrer sur la sortie commune une tension d'alimentation continue, leur couplage étant effectué au moyen de diodes antiretour dont la cathode est le siège de la tension d'alimentation continue, chaque convertisseur comportant une boucle d'asservissement de la tension sur la sortie commune et chaque convertisseur étant également prévu pour délivrer une tension d'alimentation continue sur sa sortie locale, caractérisé en ce que la tension sur chaque sortie locale est asservie et en ce que cet asservissement est indépendant de l'asservissement de la tension sur la sortie commune. De préférence, un transistor de type MOS est monté sur chacune des sorties locales pour asservir la tension sur chacune de celles-ci et ce transistor est commandé par une boucle d'asservissement local. Avec cette structure, la tension drain-source Vds du transistor de type MOS est indirectement commandée par la boucle d'asservissement local afin de délivrer une tension suffisante sur la sortie locale. Ainsi, lorsque que la diode antiretour est bloquée ou à la limite du blocage, la tension Vds est proche de zéro. A l'inverse, pour le convertisseur imposant la tension VO sur la sortie commune, la tension Vds du transistor de type MOS sera proche de la tension de seuil de la diode antiretour pour imposer sur la sortie locale une tension proche de la tension VO. Ce réglage indépendant de la tension locale permet également de délivrer, si on le souhaite, une tension V1 ou V2 légèrement supérieure à VO. Cela peut être particulièrement intéressant pour compenser les pertes dans les câbles reliant le dispositif d'alimentation aux modules 30 ou 50 de l'équipement. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la boucle d'asservissement local consiste, pour chaque convertisseur, en un bloc de commande qui reçoit sur son entrée une fraction de la tension sur la sortie locale correspondante, laquelle fraction de tension est produite par un premier pont de résistances, et délivre une tension de commande sur la grille de commande du transistor de type MOS. Pour éviter toute surchauffe du transistor de type MOS en cas de court-circuit sur la sortie locale, le transistor de type MOS est muni d'une diode de protection montée entre son drain et sa source. En pratique, cette diode de protection est une diode parasite du transistor de type MOS. Par ailleurs, selon l'invention, la boucle d'asservissement de la tension sur la sortie commune de chaque convertisseur comporte: - un amplificateur opérationnel recevant sur son entrée non inverseuse une tension de référence et sur son entrée inverseuse une tension intermédiaire correspondant à une fraction de la tension sur la sortie commune, laquelle fraction de tension est imposée par un second pont de résistances, et délivrant une tension d'asservissement au convertisseur correspondant, et - des moyens de détection du blocage de la diode antiretour correspondante aptes à abaisser la tension intermédiaire lorsque celle-ci est bloquée. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens de détection consistent, pour chaque convertisseur, en une diode dont l'anode est connectée à l'anode de la diode antiretour correspondante et dont la cathode est connectée à la masse par l'intermédiaire d'une première résistance, la cathode de ladite diode étant par ailleurs connectée à la grille d'un transistor bipolaire de type P, lequel transistor a son drain relié à la masse par l'intermédiaire d'une seconde résistance, sa source reliée à un noeud du second pont de résistances et a pour rôle d'abaisser la valeur de la tension intermédiaire lorsqu'il est passant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1, déjà décrite, est le schéma global d'un dispositif d'alimentation prévu pour alimenter les différents modules d'un équipement; - la figure 2, déjà décrite, est le schéma de principe d'un convertisseur connu; - la figure 3 est le schéma détaillé d'un convertisseur selon l'invention; et - la figure 4 est le schéma détaillé d'un dispositif d'alimentation selon l'invention. Le convertisseur de la figure 3 reprend les principaux éléments du convertisseur 10, notamment le régulateur 15, la diode antiretour 13, les bornes d'alimentation 11 et 12 ainsi que les bornes de sortie 14 et 17. Un schéma détaillé du régulateur 15 est décrit dans cette figure. Ce régulateur comprend un transistor de commutation 15a qui est connecté à une borne de l'enroulement primaire d'un transformateur de découplage 15b, l'autre borne de l'enroulement primaire étant connectée à la masse. L'enroulement secondaire du transformateur 15b est connecté, d'un coté, à la masse et, de l'autre coté, à l'anode d'une diode de redressement 15c. La cathode de cette diode est par ailleurs connectée d'une part à la cathode d'une diode de protection 15d et d'autre part à une première borne d'une bobine de filtrage 15e. La deuxième borne de la bobine de filtrage 15e est connectée à la masse par l'intermédiaire d'une capacité de filtrage 15f. De même, l'anode de la diode de protection 15d est reliée à la masse. La sortie du régulateur 15 est connectée à la deuxième borne de la bobine de filtrage 15e. L'anode de la diode antiretour 13 est connectée à cette sortie et sa cathode est reliée à la borne de sortie commune 14. La sortie locale 17 du convertisseur est reliée à la sortie du régulateur 15 par l'intermédiaire d'un transistor 60 de type MOS. La tension V1 sur la sortie locale 17 est asservie par une boucle d'asservissement local constitué d'un pont de résistances 61, 62 et d'un bloc de commande 63. Ce bloc de commande reçoit sur son entrée une fraction de la tension sur la sortie locale 17 et délivre en sortie une tension de commande qui est appliquée sur la grille du transistor 60. Ainsi, lorsque la tension V1 baisse, le bloc 63 délivre une tension de commande plus élevée pour abaisser la tension drain-source Vds du transistor 60. En pratique, ce bloc de commande compare la tension du point milieu du pont de résistances 61, 62 avec une tension de consigne et délivre une tension qui est fonction du résultat de cette comparaison. Cette boucle d'asservissement local ayant sa propre tension consigne, le réglage de la tension V1 est donc indépendant de celui de la tension VO. On pourra ainsi régler la tension V1 à une valeur permettant de compenser les pertes dans les câbles reliant le convertisseur au module 30. De préférence, le transistor 60 est muni d'une diode de protection 64, qui est en fait une diode parasite du transistor, pour éviter la surchauffe et la destruction du transistor en cas de court-circuit sur la sortie locale. Cette diode ne résout pas le problème du court-circuit, elle ne fait que reporter le défaut en amont du transistor mais elle est seulement destinée à protéger le transistor 60. Pour empêcher un convertisseur de se mettre hors service lorsque l'autre convertisseur du dispositif impose la tension VO sur la sortie commune, on prévoit donc une boucle d'asservissement de la tension sur la sortie commune avec prise de tension de part et d'autre de la diode antiretour 13. Ainsi, l'anode de la diode antiretour 13 est reliée à l'anode d'une diode 70 dont la cathode est connectée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 71. La cathode de diode 70 est par ailleurs connectée à la base d'un transistor bipolaire 72 de type PNP. En pratique, la diode 70 est réalisée à partir d'un transistor bipolaire identique au transistor 72 dont le collecteur et la base ont été reliés ensemble. Ces deux eléments, la diode 70 et le transistor 72, ont par conséquent la même tension de seuil. Le collecteur du transistor 72 est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 73 et son émetteur est connecté à un noeud intermédiaire d'un pont de résistances constitué de trois résistances 74, 75, 76 montées en série entre la sortie commune 14 et la masse. L'émetteur du transistor 72 est plus particulièrement relié au point milieu des résistances 74 et 75. La valeur de la résistance 74 est de quelques ohms. Le sens des diodes du montage et la polarité du transistor bipolaire 72 (transistor de type PNP) tient au fait que, dans l'exemple, la tension VO est positive. Dans le cas d'une tension négative, le sens des diodes est inversé et le transistor bipolaire est de type NPN. D'autre part, le point milieu des résistances 75 et 76 est connectée sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 38 qui reçoit par ailleurs sur son entrée non inverseuse la tension de référence Vref. Enfin, la sortie de l'amplificateur 28 est connectée à un modulateur de largeur d'impulsion 15g qui commande le transistor de commutation 15a. En fonctionnement nominal, la diode antiretour 13 est passante et la tension d'anode de la diode antiretour 13 est supérieure à la tension VO. Le transistor 72 est donc bloqué et une fraction de la tension VO est comparée avec la tension de référence Vref. Le régulateur réagit en fonction du résultat de cette comparaison. Si, la tension VO croissant, la tension d'anode de la diode antiretour 13 vient à devenir inférieure à la tension VO, la diode 13 se bloque. La diode 70 et le transistor 72 ayant la même tension de seuil, ce dernier impose une tension inférieure à la tension VO sur le point milieu entre les résistances 74 et 75. Comme la résistance 74 a une valeur très faible, la tension en ce point était égale à VO en fonctionnement nominal. Cet abaissement de la tension en ce point va également abaisser la tension appliquée sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 38. En réponse à cette baisse de la tension au point milieu entre les résistances 74 et 75, le régulateur augmente la tension sur sa sortie de manière à débloquer la diode antiretour 13. Par ce dispositif, on simule donc une chute de la tension VO pour débloquer la diode antiretour. La figure 4 représente un schéma complet du dispositif d'alimentation selon l'invention. I1 comprend deux convertisseurs tels que représentés à la figure 3. Le dispositif d'alimentation est référencé 1. I1 comprend deux sorties locales 2 et 3 correspondant respectivement à la sortie locale 17 du convertisseur 10 et à la sortie locale 27 du premier convertisseur 20 ainsi qu'une sortie commune 4 correspondant aux sorties communes 14 et 24 des convertisseurs 10 et 20. Sinon le schéma des convertisseurs est identique à celui présenté à la figure 3. REVENDICATIONS 1- Dispositif d'alimentation comportant au moins deux convertisseurs d'énergie (10, 20), une sortie commune (4) et une sortie locale (2, 3) par convertisseur, les convertisseurs étant montés en redondance pour délivrer sur la sortie commune une tension d'alimentation continue (VO), leur couplage étant effectué au moyen de diodes antiretour (13, 23) dont la cathode est le siège de la tension d'alimentation continue (VO), chaque convertisseur comportant une boucle d'asservissement de la tension sur la sortie commune et chaque convertisseur étant également prévu pour délivrer une tension d'alimentation continue (V1, V2) sur sa sortie locale (2, 3), caractérisé en ce que la tension (V1, V2) sur chaque sortie locale est asservie et en ce que cet asservissement est indépendant de l'asservissement de la tension sur la sortie commune. 2 - Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce, pour asservir la tension sur chacune des sorties locales, un transistor (60) de type MOS est monté sur chacune de celles-ci, le transistor étant commandé par une boucle d'asservissement local. 3 - Dispositif d'alimentation selon la revendication 2 caractérisé en ce que la boucle d'asservissement local consiste, pour chaque convertisseur, en un bloc de commande (63) qui reçoit sur son entrée une fraction de la tension sur la sortie locale (V1, V2) correspondante, laquelle fraction de tension est produite par un premier pont de résistances (61, 62), et délivre une tension de commande sur la grille de commande du transistor (60) de type MOS. 4 - Dispositif d'alimentation selon la revendication 3 caractérisé en ce que le transistor (60) de type MOS est muni d'une diode de protection (64) montée entre son drain et sa source. 5 - Dispositif d'alimentation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la boucle d'asservissement de la tension sur la sortie commune de chaque convertisseur comporte: - un amplificateur opérationnel (38) recevant sur son entrée non inverseuse une tension de référence (Vref) et sur son entrée inverseuse une tension intermédiaire correspondant à une fraction de la tension sur la sortie commune, laquelle fraction de tension est imposée par un second pont de résistances (74, 75, 76), et délivrant une tension d'asservissement au convertisseur correspondant, et - des moyens de détection du blocage de la diode antiretour correspondante aptes à abaisser la tension intermédiaire lorsque celle-ci est bloquée. 6 - Dispositif d'alimentation selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de détection consistent, pour chaque convertisseur, en une diode (70) dont l'anode est connectée à l'anode de la diode antiretour (13) correspondante et dont la cathode est connectée à la masse par l'intermédiaire d'une première résistance (71), la cathode de ladite diode étant par ailleurs connectée à la base d'un transistor bipolaire (72) de type PNP, lequel transistor a son collecteur relié à la masse par l'intermédiaire d'une seconde résistance (73), son émetteur relié à un noeud du second pont de résistances et a pour rôle d'abaisser la valeur de la tension intermédiaire lorsqu'il est passant.