Brevet FR2773230A1 — publié le 19990702

L'invention concerne un stabilisateur de tension. Les stabilisateurs de tension ont pour râle de produire une tension de sortie constante à partir d'une tension d'entrée variable. Les stabilisateurs de tension fonctionnent en général avec un transistor de régulation série, qui sert d'organe régulateur et qui est commandé, sur son entrée de commande, par une tension de commande stabilisée. Avec une tension de commande constante, grâce à la variation de la caractéristique du transistor servant d'organe régulateur, la tension de sortie peut se stabiliser dans une large mesure dans un domaine de travail défini. Par la revue allemande "Funkschau" 1970, fascicule 2, pages 51, 52, on connaît une unité d'alimentation de courant stabilisée, pour laboratoire, qui, à partir d'une tension d'entrée variable relativement faible (la tension du réseau) et au moyen de deux régulateurs connectés en série (régulateur série), produit une tension de sortie stabilisée dans un grand domaine de tensions. La tension de sortie stabilisée sert en général à l'alimentation en tension de circuits électroniques, connectés en aval, qui possèdent souvent un régulateur de tension qui leur est propre pour l'alimentation en tension. Les circuits électroniques doivent souvent pouvoir travailler dans un large domaine de tensions d'alimentation, même avec des tensions d'alimentation voisines de la tension minimale admissible d'alimentation des composants électroniques utilisés. C'est pourquoi la chute minimale de tension, due au circuit de stabilisation, se présentant entre la tension d'entrée et la tension d'alimentation des composants électroniques devrait être le plus possible voisine de zéro. Les circuits électroniques et leurs composants sont souvent soumis à des températures élevées; lorsque le domaine spécifique de températures de travail est dépassé, la puissance dissipée des composants ou du circuit augmente en général. Ce problème apparaît aussi sur les régulateurs de tension, étant donné que la température et donc la puissance dissipée dans le régulateur augmentent d'une manière approximativement proportionnelle à la tension d'alimentation. Le franchissement vers le bas de la tension minimale admissible d'alimentation des composants électroniques constitue un autre problème essentiel. Dans un tel cas, le circuit électronique doit être désactivé d'une manière sûre. C'est pourquoi la présente invention a pour but de fournir un stabilisateur de tension - au moyen duquel un comportement de fonctionnement sûr du circuit électroniques soit permis dans un large domaine de tensions d'entrée, notamment pour de faibles tensions d'entrée, - au moyen duquel un fonctionnement sûr soit assuré dans un large domaine de températures, notamment dans le cas de températures élevées, et - au moyen duquel, lors d'un franchissement vers le bas de la tension minimale admissible d'alimentation, le circuit électronique à alimenter soit désactivé d'une manière sûre afin d'éviter des fonctionnements défectueux. A cet effet, l'invention a pour objet un stabilisateur de tension servant à produire une tension de sortie stabilisée, à partir d'une tension d'entrée variable, comprenant - un organe de régulation série à commande électronique qui est commandé au moyen d'une tension de commande stabilisée, déduite de la tension d'entrée variable, produite dans un premier réseau du stabilisateur de tension et se présentant sur un premier noeud, - un régulateur de tension auquel la tension de sortie du stabilisateur de tension est envoyée comme tension d'entrée et qui produit une tension de sortie réglée, - un circuit électronique et un circuit de remise à l'état initial qui sont l'un et l'autre alimentés par la tension de sortie réglée du régulateur de tension, le circuit électronique produisant un signal de tension associé à la tension de sortie réglée et le circuit de remise à l'état initial désactivant le circuit électronique lorsque la tension est trop basse et - un second réseau du stabilisateur de tension, auquel le signal de tension du circuit électronique et la tension d'entrée variable sont envoyés et qui produit, sur un second noeud, une tension qui influe sur la chute de tension aux bornes de l'organe de régulation au moyen d'une impédance située entre le premier noeud et le second noeud. Le stabilisateur de tension conforme à l'invention a l'avantage essentiel que la puissance dissipée dans le régulateur de tension est rendue minimale et peut de ce fait être évacuée plus aisément. La désactivation sûre du stabilisateur de tension lorsque la tension est trop basse est assurée au moyen de l'augmentation, due à la réaction, de la chute minimale de tension sur le stabilisateur de tension et de la réduction brusque, liée à cette augmentation, de la tension d'alimentation des composants électroniques, jusqu'à une tension d'entrée de 0 volts. Par ailleurs, par rapport à la limite inférieure d'alimentation en tension, le domaine de tension d'alimentation n'est limité que d'une manière peu importante par le stabilisateur de tension connecté en amont, ou est négligeable. Le stabilisateur de tension conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - le signal de tension est un signal de commande au moyen duquel l'amplitude de la tension est commandée entre la valeur simple et un multiple de l'amplitude de la tension d'entrée, - le signal de tension est soumis à une modulation d'impulsions en largeur au moyen du circuit électronique, - le second réseau est une pompe de charges comprenant un transistor qui est commandé sur sa base par le signal de tension, dont l'émetteur est mis au potentiel de référence de masse et dont le collecteur est relié au second noeud par l'intermédiaire d'un condensateur, le collecteur du transistor étant relié à la tension d'entrée par l'intermédiaire d'une résistance et le second noeud étant également relié à la tension d'entrée par l'intermédiaire d'une diode, la cathode de la diode étant reliée au second noeud et son anode à la tension d'entrée, - le premier réseau est constitué d'une diode Zener dont la cathode est reliée au premier noeud ou à la borne de commande de l'organe de régulation série et dont l'anode est mise au potentiel de référence de masse, un condensateur est connecté en parallèle à la diode Zener et le noeud est relié par l'intermédiaire de l'impédance au noeud qui est relié au potentiel de référence de masse par l'intermédiaire d'une résistance, - l'organe de consigne de régulation série est un transistor MOS-FET à canal N du type à enrichissement. Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont représentés aux dessins. On voit: à la figure 1, un schéma de principe du stabilisateur de tension conforme à l'invention, sans représentation de la boucle de réaction et, à la figure 2, un schéma-bloc comportant un stabilisateur de tension servant de pré-régulateur, avec une représentation de la boucle de réaction. La figure 1 représente avec le repère 1 un organe de régulation série à commande électronique qui est commandé sur son entrée de commande au moyen d'une tension de commande U3 stabilisée. La tension de commande U3 est produite dans le réseau 2 et se présente sur le premier noeud K1 de ce réseau 2. La tension de commande U3 est stabilisée et est déduite, au moyen du réseau 9, de la tension d'entrée Ul variable du stabilisateur de tension. Dans cet exemple de mise en oeuvre, la stabilisation a essentiellement lieu au moyen d'une diode Zener D1. Le réseau 9 est de préférence réalisé au moyen d'une pompe de charges qui est alimentée par la tension d'entrée U1 variable, est commandée par un signal de tension U4 à modulation d'impulsions en largeur et délivre une tension U2 comme tension de sortie. En l'absence de signal de tension U4, la tension U2 n'est inférieure à la tension d'entrée U1 que de la valeur d'une tension de diode et, en présence d'un signal de tension U4, elle a au maximum le double de la valeur de la tension d'entrée U1. La relation fonctionnelle entre la tension d'entrée U1 variable et la tension U2 déduite se révèle, dans la réalisation utilisant la pompe de charges, comme étant approximativement linéaire en ce qui concerne les amplitudes. La diode Zener Dl servant à la stabilisation de la tension de commande U3 fait partie du réseau 2 et est alimentée par la tension U2 par l'intermédiaire d'une résistance (impédance) Ri. Le premier noeud K1 est le point de liaison entre la résistance Ri et la cathode de la diode Zener Dl et il constitue la borne de commande de l'organe de régulation série 1. L'anode de la diode Zener Dl est reliée au potentiel de référence de masse. La tension U2 déduite de la tension d'entrée U1 est produite au moyen de la pompe de charges comportant le condensateur Cl chargé d'une manière cadencée dont une borne 3 est reliée à la cathode d'une diode D2 et à la résistance Rl au second noeud K2 du réseau 2. Une résistance R5 est connectée entre le noeud K2 et le potentiel de référence de masse. L'anode de la diode D2 est reliée à la tension d'entrée Ul variable et l'autre borne 4 du condensateur Cl est reliée à l'électrode sous tension de l'élément de commutation électronique Tl et, par l'intermédiaire d'une deuxième résistance R2, à la tension d'entrée Ul variable. L'élément de commutation électronique Tl est commandé sur son entrée de commande par le signal de tension U4. Une relation approximativement linéaire entre la tension d'entrée U1 variable et la tension U2 déduite est produite au moyen de la pompe de charges, de façon telle que l'amplitude de la tension déduite U2 est au maximum le double de celle de la tension d'entrée Ul variable. L'organe de régulation série 1 et l'élément de commutation électronique Tl sont de préférence des transistors et notamment l'organe de régulation série 1 est un transistor à effet de champ du type à enrichissement et l'élément de commutation électronique T1 un transistor bipolaire. Conformément à la figure 2, le stabilisateur de tension est connecté en tant que pré-régulateur 8 en amont d'un régulateur de tension 5. Ce régulateur de tension 5 alimente, avec une tension U6, un circuit électronique 6 et un circuit de remise à l'état initial 7, ce circuit de remise à l'état initial mettant le circuit électronique hors circuit lors d'une trop faible tension et le circuit électronique 6 délivrant le signal de tension U4 à modulation d'impulsions en largeur au moyen duquel l'élément de commutation électronique Tl de la pompe de charges est commandé sur son entrée de commande. Grâce à cette réaction, il se présente un comportement d'hystérésis en ce qui concerne la mise en circuit et hors circuit du circuit électronique 6 au moyen du circuit de remise à l'état initial 7, par rapport à la tension d'entrée U1. Le stabilisateur de tension servant de pré- régulateur 8 sert à rendre minimale la puissance dissipée dans le régulateur de tension 5. Grâce à l'utilisation d'un MOS-FET de puissance comme organe de régulation 1, il se présente, en combinaison avec la pompe de charges, une chute de tension minimale extrêmement faible sur celui-ci. Au moyen du signal de tension U4, le circuit électronique 6 délivre l'alimentation cadencée prévue pour la pompe de charges. Du fait de l'utilisation de MOS-FET de puissance, la pompe de charges peut fonctionner avec de très petits condensateurs Cl, C2 et le régime permanent du circuit est déjà atteint après quelques millisecondes. Du fait que, pendant l'opération de mise en circuit, la pompe de charges ne peut pas encore être cadencée par le signal de tension U4 du circuit électronique 6, la chute de tension minimale sur le stabilisateur de tension servant de pré-régulateur 8 vaut au moins 3 à 4 V dans la phase de mise en circuit. Cela signifie que, jusqu'au fonctionnement sûr de la pompe de charges, la tension d'entrée U1 variable pendant la phase d'initialisation du circuit électronique 6 doit être située au- dessus de la tension minimale admissible pour U6 servant de tension d'alimentation pour le circuit électronique 6, d'au moins la valeur de la tension de seuil de l'organe de régulation 1 (environ 3 à 4 V) et de la chute de tension minimale sur le régulateur de tension 5. Dès que la pompe de charges est commandée d'une manière cadencée au moyen du signal de tension U4 du circuit électronique 6, la chute de tension sur le stabilisateur de tension servant de pré-régulateur 8 est réduite en moins de quelques millisecondes à sa valeur minimale d'environ 30 mV, de sorte qu'à partir de cet instant, la tension d'entrée U1 peut chuter à une valeur qui ne doit être située qu'à environ 30 mV au-dessus de la valeur minimale admissible de la tension U5 et que la tension minimale admissible U6 pour l'alimentation en tension du circuit électronique 6 n'est pas encore franchie vers le bas. Le fait de produire à partir du circuit électronique 6 le signal de tension U4 prévu pour la pompe de charges offre en même temps un avantage supplémentaire. Si la tension de sortie U6 réglée du régulateur de tension chute à un point tel que le circuit de remise à l'état initial 7 réagit, le signal de tension U4 prévu pour la pompe de charges est également interrompu. La tension de seuil élevée de l'organe de régulation 1, réalisé sous forme d'un MOS- FET de puissance, fait alors en sorte pour sa part que la tension de sortie U5 du stabilisateur de tension servant de pré-régulateur 8 chute brusquement de 3 à 4 V en cas d'absence du signal de tension U4. Ainsi, la tension d'alimentation U6 prévue pour le circuit électronique 6 chute également de cette valeur, ce qui a pour résultat qu'en cas d'une tension trop basse, le circuit électronique 6 devient ou reste désactivé d'une manière sûre dans toutes les conditions. Le comportement de remise à l'état initial du circuit est ainsi amélioré d'une manière essentielle. Un redémarrage incontrôlé du circuit est impossible, étant donné qu'en raison de l'absence de signal de tension U4, la pompe de charges ne fonctionne pas, la chute de tension sur l'organe de régulation 1 est de nouveau maximale et ainsi la tension minimale de mise en circuit prévue pour Ul doit de nouveau être franchie vers le haut. Grâce à la réduction de la puissance dissipée dans le régulateur de tension 5, le circuit conforme à l'invention permet un accroissement de la température maximale de fonctionnement, sans limiter d'une manière notable le domaine de tensions d'alimentation. REVENDICATIONS 1. Stabilisateur de tension (8) servant à produire une tension de sortie (U5) stabilisée, à partir d'une tension d'entrée (Ul) variable, comprenant - un organe de régulation série (1) à commande électronique qui est commandé au moyen d'une tension de commande (U3) stabilisée, déduite de la tension d'entrée (U1) variable, produite dans un premier réseau (2) du stabilisateur de tension (8) et se présentant sur un premier noeud (K1), un régulateur de tension (5) auquel la tension de sortie (U5) du stabilisateur de tension (8) est envoyée comme tension d'entrée et qui produit une tension de sortie (U6) réglée, - un circuit électronique (6) et un circuit de remise à l'état initial (7) qui sont l'un et l'autre alimentés par la tension de sortie (U6) réglée du régulateur de tension (5), le circuit électronique (6) produisant un signal de sortie (U4) associé à la tension de sortie (U6) réglée et le circuit de remise à l'état initial (7) désactivant le circuit électronique (6) lors d'une tension trop basse et - un second réseau (9) du stabilisateur de tension (8), auquel le signal de tension (U4) du circuit électronique (6) et la tension d'entrée (U1) variable sont envoyés et qui produit, sur un second noeud (K2), une tension (U2) qui influe sur la chute de tension aux bornes de l'organe de régulation (1) au moyen d'une impédance (Rl) située entre le premier noeud (K1) et le second noeud (K2). 2. Stabilisateur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de tension (U4) est un signal de commande au moyen duquel l'amplitude de la tension (U2) est commandée entre la valeur simple et un multiple de l'amplitude de la tension d'entrée (Ul). 3. Stabilisateur de tension suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal de tension (U4) est soumis à une modulation d'impulsions en largeur au moyen du circuit électronique (6). 4. Stabilisateur de tension suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second réseau (9) est une pompe de charges comprenant un transistor (T1) qui est commandé sur sa base par le signal de tension (U4), dont l'émetteur est mis au potentiel de référence de masse et dont le collecteur est relié au second noeud (K2) par l'intermédiaire d'un condensateur (Cl), le collecteur du transistor (T1) étant relié à la tension d'entrée (U1) par l'intermédiaire d'une résistance (R2) et le second noeud (K2) étant également relié à la tension d'entrée (U1) par l'intermédiaire d'une diode (D2), la cathode de la diode (D2) étant reliée au second noeud (K2) et son anode à la tension d'entrée (Ul). 5. Stabilisateur de tension suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier réseau (2) est constitué d'une diode Zener (D1) dont la cathode est reliée au premier noeud (K1) ou à la borne de commande de l'organe de régulation série (1) et dont l'anode est mise au potentiel de référence de masse, en ce qu'un condensateur (C2) est connecté en parallèle à la diode Zener (D1) et le noeud (K1) est relié par l'intermédiaire de l'impédance (Ri) au noeud (K2) qui est relié au potentiel de référence de masse par l'intermédiaire d'une résistance (R5). 6. Stabilisateur de tension suivant la revendication 1 ou 5, caractérisé en ce que l'organe de consigne de régulation série (1) est un transistor MOS- FET à canal N du type à enrichissement.