Brevet FR2779286A1 — publié le 19991203

CIRCUIT DE COMMANDE A DECOUPAGE, NOTAMMENT CONVERTISSEUR OU REGULATEUR DE TENSION La présente invention est relative aux circuits de commande par découpage du type à moyens inductifs, interrupteur et diode. Elle concerne notamment avantageusement les convertisseurs ou régulateurs de tension qui mettent en oeuvre un découpage à Haute Fréquence, notamment à des fréquences de quelques centaines de KHz, voir de l'ordre du MHz ou supérieures. Un exemple de circuit convertisseur/abaisseur classiquement connu est illustré sur la figure 1. Ce convertisseur comporte une diode D, dont la cathode est reliée d'une part à un interrupteur I et d'autre part à une inductance Lo. Une tension U est appliquée aux bornes du sous-circuit que constituent la diode D et l'interrupteur 1, par l'intermédiaire d'un condensateur Cl monté en parallèle par rapport audit sous circuit. L'interrupteur I est commandé de façon à réguler la tension V entre l'anode de la diode D et l'extrémité de l'inductance L0 qui est opposée à la cathode de ladite diode D. Un condensateur de filtrage C2 est monté entre ladite extrémité et l'anode de la diode D. On a représenté sur le graphe de la figure 2 les courbes de l'intensité du courant traversant la diode D (courbe i) et de la tension appliquée à ladite diode D (courbe u) lorsque l'interrupteur I passe de l'état ouvert à l'état fermé. Lorsque l'interrupteur I est ouvert, le courant circule à travers la diode D (intensité de courant Io), tandis que la tension aux bornes de ladite diode est nulle ou voisine de zéro (tension Uo). Lorsque l'on ferme l'interrupteur I et que la tension aux bornes de la diode D prend des valeurs o le courant dans ladite diode D est théoriquement nul, on constate en réalité que le courant traversant la diode prend d'abord une valeur inverse importante (pic de récupération inverse) avant de relaxer jusqu'à la valeur nulle. Il en résulte également des surtensions importantes aux bornes de la diode D. Le pic de courant et la surtension qui en résulte sont d'autant plus importants lorsque la vitesse de commutation de l'interrupteur est rapide, ce qui est le cas lorsque l'on travaille à des fréquences élevées. Or, dans de nombreux cas, on souhaite précisément pouvoir fonctionner à des fréquences élevées, pour augmenter le rendement et diminuer la taille de la ou des inductances, ainsi que celle des condensateurs du circuit. Généralement, pour résoudre le problème que pose cet effet de récupération inverse, on utilise des diodes Schottky qui se bloquent plus rapidement que des diodes ordinaires. Toutefois, les diodes Schottky sont onéreuses et limitées en température et, pour des raisons de coûts, on souhaite pouvoir utiliser des diodes ordinaires, par exemple les diodes qui sont intégrées aux transistors MOSFET généralement utilisés comme interrupteurs dans les circuits convertisseurs. La solution selon l'invention est un circuit de commande par découpage, notamment convertisseur ou régulateur de tension, du type comportant des moyens inductifs, au moins un interrupteur et au moins une diode, caractérisé en ce que la diode est montée en série avec une inductance saturable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles: - la figure 1, déjà analysée, représente un schéma d'un convertisseur conforme à un mode de réalisation connu; - la figure 2 est un graphe sur lequel on a porté l'intensité du courant traversant la diode, ainsi que la tension entre les extrémités de ladite diode lors de la fermeture de l'interrupteur du convertisseur de la figure 1; - la figure 3 est un schéma semblable à celui de la figure 1 d'un convertisseur conforme à un mode de réalisation possible de l'invention; - les figures 4a et 4b sont des graphes sur lesquels on a porté l'intensité du courant traversant la diode, ainsi que la tension entre les extrémités de ladite diode respectivement lors de la fermeture et de l'ouverture de l'interrupteur du convertisseur de la figure 3; - la figure 5 est une représentation schématique illustrant un mode de réalisation possible pour I'inductance saturable d'un convertisseur conforme à l'invention. Le convertisseur qui est illustré sur la figure 3 comporte les mêmes éléments que celui qui est illustré sur la figure 1, à savoir une diode D, un interrupteur 1, une inductance Lo et des condensateurs Cl et C2. Il comporte en plus de ces éléments une inductance L, qui est montée en série avec la diode D entre le point commun aux condensateurs C1 et C2 et le point commun à l'interrupteur I et à l'inductance L0. Cette inductance L est saturable avec un courant de saturation qui est une fraction du courant destiné à parcourir la diode dans son sens passant (préférentiellement de l'ordre de 1/8ème à 1/1 0ème). Avec un tel circuit à inductance saturable, les caractéristiques d'intensité et de tension appliquées à la diode D sont du type de celles illustrées sur les figures 4a et 4b. Notamment, ainsi qu'illustré sur la figure 4a, lorsque l'interrupteur I est ouvert, le courant circule à travers la diode D et l'inductance L est saturée. Lors de la fermeture de l'interrupteur 1, I'intensité du courant circulant dans la diode va diminuer avec une pente qui, tant que l'inductance L est saturée, est uniquement fonction de la valeur de Lo. En d'autres termes, I'intensité du courant décroît alors de la même façon que si l'inductance saturable L n'était pas présente. Lorsque l'intensité du courant atteint la valeur is de désaturation, la pente de décroissance du courant est alors fonction à la fois de l'inductance Lo et de l'inductance L. Le courant diminue alors avec une pente plus faible qu'avant que l'intensité du courant n'atteigne la valeur is. Et le pic de récupération inverse atteint par l'intensité du courant est en valeur absolue moins important que celui qui aurait été atteint en l'absence de l'inductance L saturable. Par conséquent, la pente de croissance de la tension est plus limitée qu'en l'absence de l'inductance L. Pour limiter encore la valeur de la dérivée par rapport au temps de la tension, le circuit comporte avantageusement, ainsi qu'illustré en pointillés sur la figure 3, un condensateur C3 monté en parallèle par rapport à la diode D. On a alors en effet dV/dt = i/C3. Avec le circuit qui vient d'être décrit, lors de l'ouverture de I'interrupteur I, la présence de l'inductance saturable L pourrait conduire à une puissance dissipée très importante. Pour éviter une telle dissipation, on prévoit des moyens permettant de pré-saturer l'inductance L. A cet effet, I'inductance L est par exemple constituée par un tore ou une perle et est entourée par un enroulement auxiliaire parcouru par un courant permanent. C'est ce qui a été illustré sur la figure 5, sur laquelle on a représenté l'inductance L sous la forme d'un tore, l'enroulement secondaire ayant été référencé par L1, le courant qui circule dans celui-ci par ips. La saturation ainsi obtenue pour des intensités de courant négatives permet de diminuer la puissance dissipée. L'intensité is du courant de saturation/désaturation se trouve quant à elle diminuée par la pré- saturation de l'inductance L, mais ce dans une limite raisonnable. En variante, pour éviter cette diminution de l'intensité du courant de saturation/désaturation, il peut être prévu de commander le courant dans l'enroulement auxiliaire uniquement pendant les phases des séquences de commande o l'interrupteur est ouvert. A titre d'ordre de grandeur, I'inductance L peut avoir une valeur inductive en l'absence de saturation de 1 pH. Elle peut être réalisée par un tore ou une perle d'un diamètre de quelques millimètres présentant une grande perméabilité, par exemple de l'ordre de 103. Le courant de saturation d'une telle perle ou d'un tel tore est alors de quelques Ampères pour une spire. Dans l'exemple qui précède, on a décrit l'invention dans le cas d'un convertisseur abaisseur de tension. L'invention trouve bien entendu avantageusement application pour tout convertisseur de tension dans lequel un interrupteur est commuté à des fréquences élevées (convertisseur du type "Boost", transformateur, convertisseur élévateur de tension, etc...) et de façon plus générale pour tout circuit à découpage comportant des moyens inductifs, un ou plusieurs interrupteurs et une ou plusieurs diodes. Il est classique d'utiliser dans de tels systèmes deux transistors MOSFET en série utilisés l'un en tant qu'interrupteur, I'autre en tant que diode. Un circuit de ce type intégrera alors avantageusement deux inductances saturables associées respectivement à l'un et à l'autre des deux transistors, de façon à ce que le sous-circuit constitué par les deux transistors et ces inductances puisse être utilisé de façon réversible dans un sens ou un autre. REVENDICATIONS 1. Circuit de commande par découpage, notamment convertisseur ou régulateur de tension, du type comportant des moyens inductifs (Lo), au moins un interrupteur (I) et au moins une diode (D), caractérisé en ce que la diode (D) est montée en série avec une inductance saturable (L). 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intensité du courant de saturation/désaturation de ladite inductance saturable est de l'ordre d'une fraction de l'intensité du courant destiné à parcourir la diode dans son sens passant. 3. Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un condensateur (C3) monté en parallèle entre les extrémités de la diode. 4. Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (L1) pour présaturer l'inductance saturable (L). 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un enroulement auxiliaire (L1) qui entoure l'inductance saturable (L) et dans lequel circule un courant qui réalise la présaturation de ladite inductance (L). 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour commander le courant dans l'enroulement auxiliaire de façon que ledit courant ne circule dans ledit enroulement que lorsque l'interrupteur (I) est ouvert. 7. Circuit selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'inductance saturable (L) est un tore ou une perle en un matériau magnétique. 8. Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux transistors de type MOSFET reliés l'un à l'autre, I'un qui est utilisé comme élément formant diode, I'autre qui est utilisé comme élément formant interrupteur et en ce qu'il comporte deux inductances saturables en série avec l'un et l'autre des deux transistors. 9. Convertisseur abaisseur de tension caractérisé en ce qu'il est constitué par un circuit selon l'une des revendications précédentes.