Brevet FR2788371A1 — publié le 20000713

TRANSFORMATEUR CONFIGURABLE La présente invention concerne un transformateur de courant et/ou de tension comportant au moins un circuit primaire et un circuit secondaire et plus particulièrement un transformateur qui, par son caractère configurable, peut être utilisé dans plusieurs alimentations électriques différentes. En fonction des paramètres de l'alimentation (topologie, tensions d'entrée, tensions de sortie, fréquence de découpage...etc.) les paramètres variables de ce transformateur peuvent être configurés afin d'adapter le transformateur " standard " à cette application spécifique. Ces paramètres variables sont: le nombre d'enroulements, le nombre de spires par enroulements ainsi que leur résistance. Ceux-ci sont configurables sur une plage de valeurs discrètes dépendant de la conception du transformateur. Habituellement, chaque alimentation a son transformateur spécifique. Le nombre d'enroulements ainsi que le nombre de spires et la valeur de résistance de chaque enroulement sont déterminés pour convenir à la fonction particulière. Le transformateur est totalement figé et par conséquent quasiment dédié à cette alimentation. A chaque alimentation, un transformateur spécifique doit être conçu, industrialisé et réalisé. Il en est de même pour l'inductance qui est un cas particulier du transformateur. Le but de cette invention est de réaliser un transformateur " standard " qui peut être configuré en fonction des paramètres de l'alimentation dans laquelle il est destiné à être monté. Le transformateur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte m enroulements élémentaires ayant chacun Ni spires i étant un nombre entier compris entre 1 et un nombre entier prédéterminé n, m et Ni étant des nombres entiers, lesdits enroulements élémentaires étant susceptibles d'être associés en série et/ou en parallèle de manière à réaliser une configuration particulière parmi une pluralité de configurations distinctes de circuits primaires et de circuits secondaires, chacune desdites configurations correspondant à des paramètres électriques et magnétiques préalablement fixés. Ainsi, lors de la conception d'une alimentation, la conception du transformateur est remplacée par une simple configuration du produit " standard ". Un seul produit est à industrialiser et à fabriquer, ce qui réduit considérablement le coût des composants magnétiques. Préférentiellement, lesdits groupes d'enroulements élémentaires sont constitués par un bloc de circuit imprimé multicouches présentant une structure en sandwich constituée par superposition d'une pluralité de couches de cuivre agencées entre deux demi-ferrites formant le circuit magnétique du transformateur, lesdites couches étant séparées par des couches isolantes. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, les connexions électriques entre les groupes d'enroulements élémentaires sont gravées sur le circuit imprimé destiné à recevoir le transformateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées dans lesquelles: - la figure 1 représente un schéma de principe d'un transformateur selon l'invention. - la figure 2 représente la structure d'un exemple de transformateur selon l'invention; - la figure 3 illustre schématiquement les connexions électriques d'une première configuration d'un transformateur à partir de la structure de la figure 2; - la figure 4 illustre les connexions électriques d'une deuxième configuration d'un transformateur selon l'invention à partir de la structure de la figure 2; - la figure 5 illustre un schéma électrique d'un exemple d'un transformateur selon l'invention ayant un circuit primaire et deux circuits secondaires; - la figure 6 représente une vue éclatée d'un transformateur selon l'invention. - la figure 7 représente une vue en perspective d'un transformateur selon l'invention; - la figure 8 illustre une vue de dessous de l'implantation physique du transformateur de la figure 4; - la figure 9 illustre une vue de profil d'un transformateur selon l'invention monté sur un circuit imprimé d'une alimentation électrique; - la figure 10 illustre une vue de dessous de la figure 9. Comme représenté à la figure 1, le transformateur 2 est composé de m enroulements 4 ayant chacun Ni spires, i étant un entier naturel compris entre 1 et un nombre entier prédéterminé n définissant une famille d'enroulements de Ni spires, m et Ni étant des entiers naturels. Ces enroulements sont destinés à constituer au moins un circuit primaire P et au moins un circuit secondaire S du transformateur 2. Les enroulements de chaque groupe sont appelés enroulements élémentaires dans la suite de la description. Les enroulements élémentaires 4 sont susceptibles d'être associés en série et/ou en parallèle de manière à réaliser une configuration particulière parmi une pluralité de configurations distinctes de circuits primaires et de circuits secondaires. Chacune desdites configurations correspondant à des paramètres électriques et magnétiques préalablement fixés pour le transformateur à réaliser. Le nombre de configurations dépend de m et de la famille des Ni enroulements. Par exemple en connectant deux enroulements respectivement de deux et de trois spires en série on obtient un seul enroulement de cinq spires. De même, en connectant en parallèle deux enroulements de trois spires ayant respectivement pour résistance R et R', on obtient un seul enroulement de trois spires et de résistance R*R' / (R+R'). Un groupe d'enroulements élémentaires 4 peut être composé de un à m-1 enroulements élémentaires, bornes incluses. Il en résulte que le nombre d'enroulements du transformateur 2 configuré est compris entre 2 et m (bornes incluses) suivant la configuration choisie. Selon une application particulière de l'invention, lorsque le nombre d'enroulements est égal à 1, on obtient une bobine d'induction comportant un enroulement principal, constitué par association en série et /ou en parallèle d'au moins deux enroulements élémentaires 4 ayant chacun un nombre de spires déterminé. Selon une caractéristique importante de l'invention, les paramètres électriques et/ou magnétiques dudit transformateur 2 et de la bobine d'induction sont configurables par le choix du nombre et du mode d'association des enroulements élémentaires. Ainsi, le nombre de spires de chaque groupe d'enroulements élémentaires est configuré par: le nombre d'enroulements élémentaires de ce groupe, le nombre de spires respectif à chaque enroulement élémentaire, et par la nature des différentes connexions entre ces enroulements élémentaires. Le nombre de spires d'un groupe d'enroulements élémentaires du transformateur est compris entre Inf.(Ni) et Y Ni. En configurant le nombre de spires des enroulements on configure le rapport de transformation puisqu'il est égal au rapport des nombres de spires. La résistance de chaque groupe d'enroulements 4 est configuré par: - le nombre d'enroulements élémentaires de ce groupe, - la résistance de chaque enroulement élémentaire, et - la nature des différentes connexions entre ces enroulements élémentaires. Les résistances des enroulements du transformateur 2 configuré peuvent être calculées à partir des résistances des enroulements élémentaires à l'aide des lois de la physique. La figure 2 illustre un exemple d'application dans lequel: m = 12, N1 = N2 = N3 = N4 = Ns = N6 = 3 N7 = N8 = N9 = N10= N1l = N12 = 6 En supposant dans cet exemple que les résistances des enroulements de trois spires sont identiques et égales à 70o et que les résistances des enroulements d'une spire sont identiques et égales à lOmQ, on obtient la structure schématisée par la figure 2 à partir de laquelle sont réalisées les configurations illustrées par les figures 3 et 4. En supposant que le transformateur souhaité possède trois enroulements P, Sl et S2 ayant respectivement six, trois et deux spires avec les phases correspondant au schéma électrique de la figure 5, les figures 3 et 4 représentent deux exemples de configuration répondant à la demande. Avec la première configuration (figure 3) on obtient: - Rp=(2*70)/3 mn soit environ 46.7 m - Rsl=3*10=30 mQ - Rs2=10+ 10/2=15mQ Tandis qu'avec la deuxième configuration (figure 4), on obtient: - Rp=2*70 = 140 mQ Rsl=70/4= 17.5 mQ - Rs2=20/6 mQ soit environ 1.67 mrQ Cet exemple met en évidence la possibilité de configurer le nombre d'enroulements, le nombre de spires et la résistance de chaque enroulement. Préférentiellement, le transformateur configurable 2 comporte physiquement un nombre important d'enroulements puisqu'il conditionne le nombre de combinaisons. La technologie de la bobine peut être n'importe laquelle des technologies de bobinage connues comme, par exemples: - la technologie filaire linéaire ou torique - la technologie multicouche circuit imprimé rigide ou souple - la technologie céramique multicouches Selon un mode préféré de réalisation de l'invention illustré par les figures 6 et 7, en version à piquer ou CMS, la bobine est constituée par un bloc de circuit imprimé multicouches. Lesdits groupes d'enroulements élémentaires 4 sont constitués par superposition d'une pluralité de couches de cuivre 10 agencées entre deux demi-ferrites 12 formant le circuit magnétique du transformateur 2, lesdites couches de cuivre 10 étant séparées par des couches isolantes 14. Dans ce mode de réalisation, les connexions électriques entre les groupes d'enroulements élémentaires sont préférentiellement gravés sur le circuit imprimé 16 destiné à recevoir le transformateur comme on peut le voir sur les figures 9 et 10. Ainsi, l'utilisateur du transformateur peut lui- même le configurer en prévoyant les pistes de connexions en phase CAO du circuit imprimé de l'alimentation électrique. Le coût et le volume de ce type de connexions sont quasi nuls. Cette technologie permet un très bon couplage entre enroulements élémentaires même si leur nombre de spires respectif est faible. Selon d'autres modes de réalisation non représentés, les connexions peuvent être par exemple filaires (fils conducteurs reliant électriquement les différents picots d'entrée/sortie des enroulements élémentaires). En supposant que la configuration électrique souhaitée soit celle représentée par la figure 3, l'implantation physique du transformateur est illustrée par la figure 10. Comme cela est illustré par cette figure 10, les connexions entre enroulements élémentaires se font par des pistes de cuivre 30 gravées sur le circuit imprimé 16 de l'alimentation électrique. 9 2788371 REVENDICATIONS 1. Transformateur (2) de courant et/ou de tension comportant au moins un circuit primaire P et un circuit secondaire S, caractérisé en ce qu'il comporte m enroulements élémentaires (4) ayant chacun Ni spires, m et Ni étant des nombres entiers, et i étant compris entre 1 et un nombre entier n prédéterminé, lesdits groupes d'enroulements élémentaires (4) étant susceptibles d'être associés en série et/ou en parallèle de manière à réaliser une configuration particulière parmi une pluralité de configurations distinctes de circuits primaire P et de circuits secondaires S chacune desdites configurations correspondant à des paramètres électriques et magnétiques préalablement fixés. 2. Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres électriques et/ou magnétiques dudit transformateur sont configurables par le choix du nombre et du mode d'association des enroulements élémentaires. 3. Transformateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le nombre de spires de chaque groupe d'enroulements élémentaires (4) est déterminé par le choix du nombre d'enroulements élémentaire de ce groupe, du nombre de spires de chaque enroulement élémentaire et du mode de d'association de ces enroulements élémentaires. 4. Transformateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le nombre de spires d'un groupe d'enroulements élémentaires (4) du transformateur (2) est compris entre Inf (Ni) et ENi suivant la configuration adaptée. 2788371 5. Transformateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la résistance de chaque groupe d'enroulements (4) est configuré par le nombre d'enroulements élémentaires de ce groupe, la résistance de chaque enroulement élémentaire et par la nature des différentes connexions entre ces enroulements élémentaires. 6. Source d'alimentation, caractérisée en ce qu'elle comporte un transformateur configurable (2) conforme à l'une des revendications 1 à 5. 7. Bobine d'induction caractérisée en ce qu'elle comporte m enroulements élémentaires (4) ayant chacun Ni spires, m et Ni étant des nombres entiers, et i étant compris entre 1 et un nombre entier n prédéterminé,,lesdits groupes d'enroulements élémentaires (4) étant susceptibles d'être associés en série et/ou en parallèle de manière à constituer un enroulement principal présentant des paramètres électriques et magnétiques préalablement fixés. 8. Bobine d'induction selon la revendication 7, caractérisée en ce que les paramètres électriques et/ou magnétiques de l'enroulement principal sont configurables par le choix du nombre et du mode d'association des enroulements élémentaires (4).