Brevet FR2811160A1 — publié le 20020104

La présente invention concerne les circuits à résonance utilisés dans les véhicules automobiles. Les circuits à résonance classiques comportent deux éléments résonants, typiquement une inductance et une capacité, ainsi qu'un interrupteur pilote autorisant ou non, selon son ouverture, I'apparition d'une résonance dans le circuit. Ces circuits comportent typiquement au moins une diode pour ne garder qu'une demi-sinusoïde de signe choisi en sortie du circuit résonant. Selon une valeur de tension moyenne désirée en sortie, on génère de telles demi-sinusoïdes de manière plus ou moins fréquente de sorte que l'ensemble constitue un circuit à découpage de résonance. Ces circuits classiques ne permettent pas de choisir la forme du signal de résonance obtenu mais seulement sa fréquence d'apparition. Le but de la présente invention est de résoudre cet inconvénient, c'est à dire de proposer un circuit à résonance permettant un choix aisé de la forme de signal résonant obtenu en sortie. Ce but est atteint selon l'invention grâce à un circuit à résonance comprenant deux premiers éléments couplés en résonance, et un interrupteur placé pour autoriser ou non l'apparition d'une résonance entres ces deux premiers éléments selon son état d'ouverture ou de fermeture, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de résonance supplémentaire couplé en résonance avec l'un donné des deux premiers éléments et un interrupteur supplémentaire placé pour autoriser ou non la résonance de l'élément de résonance supplémentaire avec ledit un donné des deux premiers éléments selon son état d'ouverture ou de fermeture, et en ce qu'il comprend en outre deux bobines primaires, I'une placée pour être traversée par un courant dû à une résonance entre les deux premiers éléments et l'autre par un courant dû à une résonance entre l'élément supplémentaire et ledit un donné des deux premiers éléments, et en ce qu'il inclut un bobinage secondaire, les deux bobinages primaires étant couplés magnétiquement avec le bobinage secondaire dans des sens opposés de sorte qu'un courant de résonance dans le dit un donné des deux premiers éléments a un effet inductif inverse sur le bobinage secondaire, selon que cette résonance a lieu avec l'autre dit premier élément ou avec l'élément de résonance supplémentaire. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est un schéma simplifié d'un circuit selon l'invention; - la figure 2 est une série de tracés représentant l'évolution d'intensités de résonance dans le circuit de la figure 1; - la figure 3 est un schéma détaillé d'un circuit selon l'invention; - les figures 4 à 9 sont des tracés représentant l'évolution de tensions et d'intensités dans différents composants du circuit de la figure 3. Le circuit de la figure 1 comporte un bobinage de résonance principal L1. Une borne de ce bobinage est portée à une tension de batterie Vbat, et l'autre borne de ce bobinage s'étend sous la forme de deux branches capacitives parallèles 100 et 200 aptes à résonner avec le bobinage 1. Chacune de ces deux branches résonantes 100 et 200 montre pour cela un condensateur de résonance Cl, C2. Pour piloter le couplage de l'une ou l'autre des branches capacitives et 200 avec le bobinage Lî, deux interrupteurs X1 et X2 sont placés chacun en parallèle d'un condensateur Cl, C2. Un blocage de la résonance sur une des branches 100 ou 200 est obtenu par fermeture de l'interrupteur X1 ou X2 de cette branche, c'est à dire par un court-circuit de la capacité C1, C2 concernée. Chacune des branches 100 et 200 porte un bobinage supplémentaire N1, N2 placé entre la branche principale et le condensateur de cette branche considérée CI, C2. Chaque bobinage N1, N2 constitue un bobinage primaire couplé magnétiquement avec un bobinage secondaire Si. Chaque primaire N1, N2 forme donc avec le bobinage secondaire S1, à chaque fois un transformateur de courant. 2811 160 Le bobinage S1 appartient à un module secondaire 300. Au sein du module 300, le bobinage secondaire S1 forme un circuit résonant avec une capacité C3 qui est placée en parallèle de S1. On recueille aux bornes de ces deux composants S1 et C3 une tension alternative de sortie Vs. Les bobinages N. et N2 sont couplés magnétiquement avec le bobinage secondaire S1 dans des sens opposés. Ainsi, un courant de sens donné dans le bobinage L1 génère dans le bobinage S1 un courant de sens différent selon que le courant dans L1 traverse le bobinage N1 ou le bobinage N2. En d'autres termes, un courant IN1, IN2 traversant une branche , 200 donnée, dans un sens allant du bobinage principal L1 vers la capacité C1, C2 de la branche considérée, et qui traverse donc le bobinage N1, N2 génère dans le bobinage SI un courant induit qui sera de sens opposé selon qu'il s'agit de N1 ou N2. Un courant de sens donné dans L1 génère un courant dans Si qui est de sens différent selon qu'il s'agit d'une résonance avec la capacité Cl de la branche 100 ou la capacité C2 de la branche 200. Ainsi, une ouverture de l'interrupteur X, provoque une résonance dans la branche 100, qui fait naître dans le bobinage N1 un courant IN1 décrivant une demi-sinusoïde d'intensité de signe positif et fait également naître dans le bobinage SI une demi-sinusoïde d'intensité de signe positif. Une ouverture de l'interrupteur X2 provoque une résonance dans la branche 200, c'est à dire ici une demi-sinusoïde de courant IN2 de signe positif dans le bobinage N2, qui fait, elle, naître une demi-sinusoïde de signe négatif dans le bobinage secondaire SI, du fait que le couplage N2IS, est inverse du couplage N1/S1. On utilise avantageusement cette propriété pour générer dans le bobinage SI un courant de forme choisie, et obtenir ainsi une tension de sortie alternative Vs qui a une forme choisie. Sur la figure 2, le lobe positif décrit par le courant INI, dans la branche 100, se retrouve sous la forme d'un premier lobe positif d'un courant Is1 dans le bobinage SI, tandis que le lobe positif de IN2 se retrouve sous la forme d'un lobe négatif du courant ls, dans le bobinage SI. Ainsi, tel qu'on l'a représenté à la figure 2, en pilotant l'interrupteur Xi et l'interrupteur X2 avec un décalage choisi, on peut par exemple obtenir dans le bobinage secondaire SI une sinusoïde complète de forme choisie. En choisissant une séquence d'ouverture adaptée, on peut superposer ou décaler les lobes positifs et négatifs et bâtir ainsi un signal en courant de forme choisie pour S1. Il apparaît ainsi que des courants alternatifs de forme variée, peuvent être générés dans le bobinage S1, et que la tension alternative Vs présente également des formes variables selon les séquences d'ouverture/fermeture choisies pour les interrupteurs X1 et X2. Le montage détaillé de la figure 3 reprend les éléments présentés à la figure 1. Dans ce circuit, la tension de batterie Vbat est de 14 Volts, le nombre de spires des bobinages primaires N1 et N2 sont de 20 spires et le nombre de spires de bobinage S1 est de 30 spires. Les deux interrupteurs X1 et X2 sont des interrupteurs à semi- conducteurs commandés par un module pilote 400. En outre, le module secondaire 300 présente, aux bornes du condensateur C3, un circuit de redressement constitué ici par un pont en H ou pont de Graetz. Ce pont comporte deux banches montées en parallèle comportant chacune deux diodes en série, chaque branche étant reliée, par un point situé entre les deux diodes, à une extrémité respective de la diode C3. Ces deux branches se rejoignent à leurs extrémités, formant à chaque jonction, une borne de sortie du circuit redressé. Entre ces deux bornes s'étend un circuit portant en série une bobine L4 et un condensateur C4 aptes à résonner ensemble. La borne L4 est couplée magnétiquement avec la bobine principale Li. En outre, une source de courant est placée parallèlement au condensateur C4, afin d'appliquer dans ce circuit un décalage en tension choisi. La tension obtenue aux bornes du condensateur C4, est, là encore, une tension alternative. Cette tension alternative est constituée d'une série de demi-sinusoïdes de même signe. Ces demi-sinusoïdes sont de même signe du fait de la présence du pont redresseur et de par le couplage de la bobine L4 avec la bobine L1, qui est elle-même traversée par un courant ayant un sens unique choisi. A la figure 4, on a représenté, en référence à un même axe des temps, les signaux de commande des interrupteurs X1 et X2, l'intensité IN1 dans la première branche 100 et une tension Uci prélevée sur cette branche 100 aux bornes de la capacité C1. On note que cette intensité IN1 présente des lobes positifs, aussi bien à l'ouverture de l'interrupteur X1 qu'à l'ouverture de l'interrupteur X2, ceci étant dû au couplage magnétique entre les deux bobinages primaires N1 et N2. La figure 5 représente, en référence à un même axe des temps, les signaux de commande des interrupteurs X1 et X2, la tension Uc1 aux bornes de la capacité C1, et la tension Uc2 aux bornes de la capacité C2. A la figure 6, on a représenté sur un même axe des temps les intensités IN1 et IN2, et la tension UcI. L'intensité IN2 présente des variations similaires à IN1, indexées cette fois sur les ouvertures/fermetures de l'interrupteur X2. On a représenté aux figures 7 et 8 les variations des intensités dans les interrupteurs X1 et X2, notées lx1 et Ix2, et les tensions aux bornes de ces interrupteurs, qui sont les tensions Uci et Uc2 aux bornes des condensateurs C1 et C2,. A la figure 9, on a représenté, outre lx1 et Ucl, l'intensité Is parcourant le bobinage secondaire S.. On note que l'intensité Is parcourant S, est en opposition de phase avec Ix1. Is présente un lobe négatif à l'apparition d'un lobe positif lxi, c'est à dire à un blocage de résonance sur la branche 100 et dans le cas présent, à une résonance sur la branche 200. Is, présente en outre un lobe positif entre chaque lobe de lx1, c'est à dire au moment d'une résonance dans la branche 100. On a présenté ici une alimentation à découpage isolée galvaniquement à résonance, qui permet, en jouant sur les temps de commande des interrupteurs X1 et X2, d'obtenir une tension efficace Vs de forme variable et de valeur moyenne variable. Cet avantage est très important dans un ensemble d'applications, en particulier dans des applications au transport d'énergie alternative au bord d'un véhicule, à l'alimentation de lampes à décharge, à l'alimentation de lampes de rétroéclairage de tableaux de bord, ou encore à la conversion d'énergie5 pour l'injection directe d'un moteur thermique d'un véhicule. REVENDICATIONS 1. Circuit à résonance comprenant deux premiers éléments (L11, C1) couplés en résonance, et un interrupteur (Xi) placé pour autoriser ou non l'apparition d'une résonance entres ces deux premiers éléments (Li, CI) selon son état d'ouverture ou de fermeture, caractérisé en ce qu'il comprend un élément de résonance supplémentaire (C2) couplé en résonance avec l'un donné (LI) des deux premiers éléments (L1, C1) et un interrupteur supplémentaire (X2) placé pour autoriser ou non la résonance de l'élément de résonance supplémentaire (C2) avec ledit un donné (L1) des deux premiers éléments (LI, CI) selon son état d'ouverture ou de fermeture, et en ce qu'il comprend en outre deux bobines primaires (Ni, N2), I'une (NI) placée pour être traversée par un courant (IN1) dû à une résonance entre les deux premiers éléments (L1, C1) et l'autre par un courant (IN2) dû à une résonance entre l'élément supplémentaire (C2) et ledit un donné (L1) des deux premiers éléments, et en ce qu'il inclut un bobinage secondaire (S1), les deux bobinages primaires (N1, N2) étant couplés magnétiquement avec le bobinage secondaire dans des sens opposés de sorte qu'un courant de résonance (IN1, IN2) dans le dit un donné (L1) des deux premiers éléments (L1, C1) a un effet inductif inverse sur le bobinage secondaire (S1), selon que cette résonance a lieu avec l'autre (C1) dit premier élément ou avec l'élément de résonance supplémentaire (C2). 2. Circuit à résonance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une branche principale portant ledit un donné (L1) des deux premiers éléments (Li, C1), et deux branches parallèles (100, 200) l'une à l'autre s'étendant à partir de la branche principale, I'une (100) portant l'autre (Ci) du premier élément de résonance et l'autre branche (200) portant l'élément de résonance supplémentaire (C2). 3. Circuit a résonance selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacune desdites branches parallèles (100, 200) porte un dit bobinage primaire respectif (N1, N2). 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une branche principale portant une bobine de résonance principale (L1) et deux branches (100, 200) s'étendant parallèlement l'une à l'autre depuis la branche principale et portant ohacune un condensateur respectif (C1, C2) monté en résonance avec la bobine de résonance principale, et portant chacune un bobinage primaire respectif (N1, N2) et un interrupteur pilote respectif (XI, X2). b. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit redresseur connecté au bobinage secondaire (Si). 6. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit résonant (S1, L3) de sortie incluant le bobinage secondaire (Si). 7. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une source de courant placée entre les bornes de sortie du circuit redresseur. 8. Circuit selon les revendications 4, 5 et 7 en combinaison, caractérisé en ce qu'il comprend un bobinage (L4) connecté en sortie du circuit redresseur et couplé magnétiquement à la bobine de résonance principale (L1).