Brevet FR2786339A1 — publié le 20000526

DISPOSITIF DE TRANSFERT DE PUISSANCE PAR TRANSFORMATEUR D'ENERGIE ELECTRIQUE La présente invention concerne un dispositif de transfert de puissance par transformateur d'énergie électrique, et notamment par coupleur magnétique, et plus particulièrement un tel dispositif comprenant, d'un côté primaire un enroulement primaire en série avec une alimentation alternative, et d'un côté secondaire un enroulement secondaire, un pont redresseur et une charge. Ces dispositifs présentent, d'une manière générale, deux types d'inconvénients. En premier lieu, les coupleurs magnétiques ont de mauvais rendements du fait de la séparation physique de leurs enroulements primaire et secondaire. Ce mauvais rendement est dû plus particulièrement à une inductance de fuite considérable qui rend inutilisables les structures connues, par exemple de type flyback ou forward. Par ailleurs, les dispositifs de type connu présentent également l'inconvénient que leur régulation ne permet généralement pas leur mise en oeuvre par simple rapprochement des enroulements primaire et secondaire. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de transfert de puissance par transformateur d'énergie électrique, et notamment par coupleur magnétique, comprenant, d'un côté primaire un enroulement primaire en série avec une alimentation alternative, et d'un côté secondaire un enroulement secondaire, un pont redresseur et une charge, caractérisé par le fait que le pont redresseur comprend deux diodes disposées de façon connue en série avec l'enroulement secondaire et deux transistor MOS également en série avec l'enroulement secondaire, la charge étant connectée d'une part au point commun aux deux diodes et d'autre part, au point commun aux deux transistor MOS, des moyens étant prévus pour commuter lesdits transistors de manière qu'ils soient simultanément à l'état passant pendant une durée prédéterminée. On verra qu'un tel agencement revient à court-circuiter l'alimentation du primaire sur l'inductance de fuite. On profite ainsi de la valeur élevée de cette inductance pour l'utiliser comme inductance de stockage. Dans l'invention, cette valeur élevée de l'inductance de fuite ne constitue donc plus un inconvénient. Avantageusement, lesdits moyens sont prévus pour commuter lesdits transistors MOS de manière que ladite durée s'écoute tandis que les deux diodes sont bloquées. II n'y a donc aucun transfert d'énergie vers la charge pendant la phase de stockage dans l'inductance de fuite. Par ailleurs, on peut alors réguler le dispositif en déterminant la durée de la phase de stockage en fonction du courant de sortie souhaités. La régulation s'effectue ainsi uniquement au secondaire. La mise en service du dispositif peut ainsi tre réalisée par simple rapprochement physique des enroulements primaire et secondaire. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention, en référence aux dessins annexés dans lesquels : -la figure 1 est un schéma électrique d'un dispositif de transfert d'énergie selon l'invention ; -la figure 2 en est un schéma équivalent, valable pendant une alternance du cycle ; -la figure 3a à 3f sont également des schémas équivalents du dispositif pendant les six phases successives d'un cycle ; et -la figure 4 est un diagramme des variations au cours d'un cycle de certaines grandeurs électriques. On voit à la figure 1 un circuit électrique composé d'un circuit primaire 1 et d'un circuit secondaire 2. Le circuit primaire 1 est simplement constitué d'une source de tension 3 en série avec l'enroulement primaire 4 d'un coupleur magnétique 5. La source 3 est une source alternative, ici une source de signaux rectangulaires de rapport cyclique égal à 50 %. L'enroulement secondaire 6 du coupleur magnétique 5 est connecté à l'entrée d'un pont redresseur dont la sortie est appliquée à un condensateur 7 et à une charge 8. Deux des branches du pont redresseur sont occupées de façon connue chacune par une diode 9 et 10 respectivement. Les diodes 9 et 10 sont disposées en série avec l'enroulement 6, tte bche, chacune conductrice dans le sens allant de son point de connexion à l'enroulement 6 à leur point commun. Les deux autres branches du pont redresseur sont occupées par deux transistors MOS 11 et 12 respectivement. Les transistors MOS sont commandés de toute manière convenable, de manière à obtenir la séquence de phases qui sera décrite ciaprès. La sortie du pont redresseur est prise entre le point commun aux deux diodes et le point commun aux deux transistors MOS. La figure 2 est un schéma équivalent, vu du secondaire, du circuit de la figure 1 pour la première alternance (positive) de la source 3. On voit sur cette figure la source 3, l'inductance de fuite Lf, le transistor MOS 12 susceptible de court-circuiter cette résistance de fuite sur la source, la diode 9, le condensateur 7 et la charge 8. On décrira maintenant le fonctionnement de ce circuit, en référence aux figures 3 et 4. Au cours de la phase 1 représentée à la figure 3a, le transistor 12 et la diode 10 conduisent. Le transistor 11 et la diode 9 sont à l'état bloqué. Cette phase voit une croissance rapide des courants primaires et secondaires. La figure 4 illustre les variations de la tension VLs aux bornes de l'enroulement secondaire, de la tension VLp aux bornes de l'enroulement primaire de l'intensité ILs dans l'enroulement secondaire et de l'intensité ILP dans l'enroulement primaire (égal à ILS plus le courant dans l'inductance magnétisante). Le passage à la phase 2 s'effectue lors de l'annulation du courant secondaire VL., et donc du blocage de la diode 10. La tension drain/source est détectée à zéro et le transistor MOS 11 s'amorce. La phase 2 est cette du stockage de l'énergie dans l'inductance de fuite. Aucun transfert d'énergie ne s'effectue vers la sortie. Les deux diodes sont bloqués alors que les transistors MOS 11 et 12 sont tous deux à l'état passant. On observe à la figure 4 que la tension VLS aux bornes de l'enroulement secondaire est évidemment nulle. La durée de cette phase est asservie au courant de sortie désiré. Le passage à la phase 3 suivante s'effectue à la fin de cette durée d'asservissement. Le transistor MOS 12 est alors bloqué et la diode 9 à l'état passant. Cette phase 3 (figure 3c) est celle du transfert direct de t'énergie du primaire au secondaire. La tension secondaire VLS est pratiquement stable. Dans cette phase 3, la diode 9 et le transistor MOS 11 sont à Ftât passant. Le passage à la phase suivante s'effectue à la fin de la première alternance de la tension primaire. Les phases 4,5 et 6 se déduisent directement des phases 3,2 et 1 respectivement. Le schéma de fonctionnement de ces phases est représenté aux figures 3d à 3f. On a pu constater que l'invention permet d'obtenir d'excellents rendements en dépit de conditions de fonctionnement difficiles. L'homme de métier sera apte, malgré le faible couplage, à régler à cet effet les paramètres nécessaires tels que le nombre de spires du transformateur ou la fréquence de découpage. Du fait des caractéristiques du coupleur, l'alimentation 3 de la figure 1 est naturellement protégée dans le cas d'absence du circuit secondaire 6 ou d'un court-circuit. Ce principe d'alimentation fonctionne également dans le cas d'un transformateur traditionnel, et non pas seulement dans un coupleur à circuits primaire et secondaire séparés. REVENDICATIONS 1-Dispositif de transfert de puissance par transformateur d'énergie électrique, et notamment par coupleur magnétique. comprenant d'un côté primaire (1) un enroulement primaire (4) en série avec une source alternative (3) et d'un côté secondaire (2) un enroulement secondaire (6), un pont redresseur et une charge (8), caractérisé par le fait que le pont redresseur comprend deux diodes (9,10) disposées de façon connue en soi en série avec l'enroulement secondaire (6) et deux transistors MOS (11, 12) également en série avec l'enroulement secondaire (6), la charge (8) étant connectée d'une part au point commun aux deux diodes (9,10) et d'autre part, au point commun aux deux transistors MOS (11, 12), des moyens étant prévus pour commuter lesdits transistors MOS de manière qu'ils soient simultanément à l'état passant pendant une durée prédéterminée. 2-Dispositif selon la revendication 1 dans lequel lesdits moyens sont agencés pour commuter lesdits transistors MOS (11,12) de manière que ladite durée prédéterminée s'écoute tandis que les deux diodes (9,10) sont bloquées. 3-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel ladite durée est déterminée en fonction du courant de sortie souhaité.