Brevet FR2811821A1 — publié le 20020118

La présente invention concerne les dispositifs convertisseurs d'énergie qui sont capables de ne prélever sur leur source d'alimentation qu' un courant de veille quasiment nul lorsque se trouve débranchée la charge qu'ils doivent alimenter on sortie. Les dispositifs de ce genre construits selon l'art antérieur sont complexes et pour remplir imparfaitement cette fonction, ils doivent souvent faire appel à plusieurs circuits intégrés dont la consommation résiduelle s'ajoute aux pertes nécessaires que présente tout dispositif laissé sous tension à l'état de veille. Le dispositif selon 1' invention permet de résoudre presque parfaitement et de manière très économique ce problème qui une des causes premières du gaspillage énergétique que l'on observe sur la Planète. La Fig. 1, ci -annonce, illustre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, où, pour faciliter la compréhension de son fonctionnement, a été pris comme exemple un auto-oscillateur classique utilisant une structure dite "en demi-pont à condensateurs". Dans cette structure apparaît la branche passive qui fait appel au:. condensateurs 5a et 5b montés en pont entre les bornes communes polarisées A et B et. la branche active qui fait appel aux transistors 2a et 2b également montés en pont entre les bornes communoc polarisées d' alimentation A et B. Entre les bornes C et D correspondant, respectivement, au point milieu appartenant a la susdite branche passive et la susdite branche active, @@ trouve connecté le primaire 3a du transformateur de sortie 3. L'entrée en conduction cyclique alternée de la jonction collecteur-base des transistors 2a et 2b, montés selon le mode dit "à base commune", est assurée respectivement par les secondaires la et lb du transformateur de commande 1. L'un et l'autre de ces secondaires, connectes entre les bornes de la jonction émetteur/base des transistors 2a et 2b délivrent un signal, respectivement opposé en phase, lequel est capable d'entraîner la mise en conduction cyclique alternée desdites jonctions collecteur-base. Le primaire le, convenablement oriente, du transformateur de commande 1 est monté en série avec le secondaire 3b, convenablement orienté, du transformateur de sortie 3, de telle sorte que le courant induit dans le circuit magnétique du transformateur de commando 1 permette aux secondaires la et 1b de délivrer respectivement un signal de commande offrant un courant d'amplitude et de durée propre à assurer l'entretien de la susdite conduction cyclique alternée, ce qui ne peut se faire, qu'à la condition expresse , que les bornes E et F se referment sur un circuit offrant une impédance faible, en l'occurence, la charge que représentent les entrées non polarisées du pont redresseur 4 dont les sorties polarisées H et. I, shuntées par le condensateur de filt.rage 5, doivent, impérativement, se refermer sur la charge ohmique de sortie 6. Pour obtenir le déclenchement de la susdite conduction cyclique des transistors 2a et 2b, il est nécessaire de faire appel au circuit de déclenchement comprenant la résistance 7 qui charge entre les bornes communes A et B le condensateur 10, lequel, atteignant la tension de basculement de l'élément à seuil 9, se décharge à travers le circuit série comprenant l'élément à seuil de tension 0 et le secondaire ld du transformateur de commande 1, dont le circuit magnétique ainsi excité peut assurer l'initiation de la susdite commande cyclique alternée. Dans ces conditions, tant que la charge ohmique de sortie 6 reste connectée entre les. bornes H et I, le fonctionnement du susdit auto-oscillateur est entretenu, par contre, dès que la charge 6 est déconnectée d'entre les bornes H et I, le dispositif s'arrête alors de fonctionner, le courant de fuite du condensateur d@ filtrage 5 étant insuffisant pour assurer l'entretien de la susdite conduction cyclique alternée des transistors; 2a et 2b. La Fig. 2, ci-annexée, illustre une variante du dispositif précédent, où, le pont redresseur de sortie 4 est remplacé par un pont dit "doubleur de tension" comprenant les diodes 4a et 4b, convenablement polarisées qui, montées en série chargent en sortie le condensateur de filtrage 5 entre les bornes duquel se retrouvent connectée la charge ohmique de sortie 6. L'entrée non polarisée J du pont redresseur ainsi constitué se trouve ici chargée par le condensateur d'isolation galvanique 11 relié à la bornes E. Dans ces conditions, comme par devant, lorsque la charge 6 qui comporte une composante ohmique se trouve déconnectée, le convertisseur s'arrête, la seule consommation subsistant alors étant représentée par le courant de très faible valeur traversant la résistance 7 dont la valeur aura été choisie en conséquence. La Fig. 3, ci-anneicéc, illustre un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention où le secondaire 3b du transformateur 3 est doté d'une prise médiane M, de telle sorte qu'il puisse charger en sortie un pont redresseur dit "à double alternance". Ce pont redresseur, équipe des diodes 4@ et 4d convenablement polarisées, charge le condensateur 5 dont l' une des borne est confondue avec la prise médiane M du secondaire 3b. Ici, le primaire le se trouve remplacé par les deux primaires le et 1f, appartenant au transformateur de commande 1, lesquels se trouvent, respectivement, connectés en série avec les diodes 4c et 4d, de telle sorte que les signaux qu'ils induisent dans le circuit magnétique dudit transformateur se trouvent opposés en phase. En outre, les primaires le et If seront, comme dans le cas précédent, convenablement orientés par rapport la phase du courant qui les traverse Ainsi que le secondaire 3b, lequel se trouvera, 1 u i -mÓmc, convenablement orienté par rapport au primaire 3a, de telle sorte que les signaux qu'ils délivrent respectivement sur les jonctions émetteur-base des transistors la et Ib, permettent d'entretenir la conduction cyclique alternée desdits transistors. Ici encore, pour que le dispositif selon l'invention fonctionne, il faut que la charge de sortie 6, comprenant un terme résistif, soit connectée entre la borne polarisée M et la borne polarisée N sur laquelle aboutissent l'un et l'autre de circuits série comprenant respectivement la diode 4c associée au primaire le et la diode 4d associée au primaire ld. Tant que la charge 6 reste connectée, le dispositif fonctionne et délivre la tension continue recherchée entre les bornes de cette dernière. Dès que la charge 6 est déconnectée, le susdit autooscillateur s'arrête et la seule consommation enregistrée correspond au courant dérivé par la résistance 7, laquelle peut atteindre ou dépasser 3.3 Mégohms. Dans un tel exemple, si la tension présente entre les bornes A et B se situe 300 volts continus, ce qui correspond à un cas limite usuel, la consommation résiduelle, en état de veille, que demanderait le. pont de redressement 12 au secteur serait inférieure a 50 m.?, valeur satisfaisant largement les limites actuellement imposées par le.= normes. Maintenant, si après avoir ainsi déconnecté la charge 6, l'on reconnecte cette dernière-, le dispositif redémarre et la charge 6 se trouve à nouveau alimentée. La Fis. 4, ci-.:tnnC'::''2, illustre un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention où cette fois, la charge 6 n'est plue alimentée sous tension continue mais alimentée directement .:\ partir du courant alternatif délivré par le secondaire 3b. Dans 'ce cas, tant que la charge 6 so trouve connectée entre les bornes E et F, connue indiqué plus haut, le susdit autooscillateur fonctionne et la charge reste alimentée. Ici, lorsque la charge est.. déconnectée, la consommation à l'état de veille demeure pratiquement nulle, car le dispositif de déclenchement utilisé ne nécessite pas de résistance 7. En effet, ce dispositif fait appel au circuit série comprenant le condensateur 10a, le diac 9 et le secondaire 1d du transformateur 1 . Ce circuit étant connecté entre les bornes communes polarisées A et B, c'est à la mise sous tension des bornes secteur O et P qu'une impulsion unique est induite dans le transformateur de commande 1. Cette impulsion est générée par la charge brutale du condensateur 10a au moment où ledit circuit série se trouve soumis, entre les bornes A et B, à un potentiel excédant la tension de seuil du diac 9. Avec ce dispositif de déclenchement, le susdit autooscillateur entre en fonctionnement lorsque la charge 6 est connectée entre les bornes E et F et, si l'on déconnecte cette charge, il s'arrête aussitôt. Par contre, ici, en reconnectant la charge, le fonctionnement de l'auto-oscillateur ne pourra pas reprendre tant que les bornes secteur O et P n'auront pas été déconnectées et reconnectées . Ce mode de fonctionnement présente certains avantages pour des applications particulières, notamment, une consommation secteur non mesurable, a l'état de veille. Il va de soi que le dispositif selon l'invention peut s'adapter n'importe laquelle des structures de convertisseur connues. Ainsi pourrai t-on construire avec ce dispositif des convertisseurs mono# t rans ictor du typc dit " .f 1 y-b ;ci:" , bitrariSist ors doc t ypo s dite "en pont asymétrique" ou "pu'2hpull" út quadl i-tl-cHl,-2.'..:.tc.',,':. du type dit t "or. pont complet". Dans la construction de- toiles structurée l'on pourrait è'31emt'nl faire appel .!t doc ia!J;^L.~ cCJl:m:ut;J.1:.curc, 1C:, plue divers tels les transitera dits "FET" de puissance, les transistors dits "IGBT". les thyrictors rapides, etc... Le dispositif selon l'invention, tel qu'il vient d'être décrit permet de réaliser des convertisseurs compacts économiques et fiables offrant une puissance consommée à l'état de veille négligeable, caractéristique que les dispositifs selon l'art antérieur parviennent difficilement à atteindre, au prix d'un rendement désastreux qui en limite l'usage à une gamme de puissances de sortie très limitée. Le dispositif selon l'invention permet de fabriquer des produits offrant une large gamme de puissances de sortie tout en conservant un excellent rendement global. Comme il va d@ soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, le dispositif selon l'invention ne se limite pas au :: modes de réalisation plus particulièrement envisagés ici, il embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif convertisseur électronique d'énergie comprenant un auto-oscillateur équipé d'au moins un moyen commutateur dont la conduction cyclique est entretenue par le signal que délivre sur son électrode de commande le secondaire d'un transformateur 1 dont le primaire est couplé au courant de sortie converti de telle sorte que par effet dit de "réaction", un courant alternatif se développe dans. le primaire Sa du transformateur de sortie 3 dont le secondaire 3b alimente la charge de sortie 6, sous tension alternative ou sous la tension continue redressée par le pont de diodes 4 et filtrée par le condensateur 5, caractérise par le fait que le primaire le du transformateur de commande 1, convenablement oriente, se trouve excité par le courant traversant le secondaire 3b du transformateur de sortie 3, de telle sorte qu'en déconnectant la charge de sortie @, le fonctionnement dudit auto-oscillateur s'interrompe aussitôt et que la consommation résiduelle réclamée entre les bornes d'alimentation A et B par le dispositif en état de veille soit pratiquement négligeable. 2. Dispositif selon la Revendication 1, caractérise par le fait que les bornes de sorties E et F du circuit série comprenant le secondaire 3b du transformateur de sortie 3 et le primaire 1:. du transformateur de commande 1 chargent les entrées non-polarisées du pont redresseur 4 dont les sorties polarisées H et I alimentent en courant continu le condensateur de filtrage 5 entre les bornes duquel la charge de sortie 6 est connectée de telle sorte qu'en déconnectant cette charge d'entre les bornes H et I, le susdit aut- oscillateur s'arrête en ne laissant subsister qu'une consommation negligeable à l'entrée, tant que se maintient un tel état de veille. 3. Dispositif selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que les bornes de sertie E et F du circuit série comprenant le susdit secondaire 3b et le susdit prinaire le chargent, à travers le condensateur d'isolation galvanique 11, la borne J correspondant à l'entrée non polarisée du pont redresseur dit "doubleur de tension" comprenant les diodes 4a et 4b, corivsr.ablesent polarisées, la tension redressée de sortie présente entre les bornes et L étant filtrée par le condensateur 5 entre les bornes duquel se trouve connectée la charge de sortie 6, de telle sorte qu'en déconnectant cette charge, le susdit auto-oscillateur s'arrête en ne laissant subsister qu'une consommation négligeable à l' entrée, tant que se maintient un tel état de veille. 4. Dispositif selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que le secondaire 3b du transformateur 3 est équipé d'une prise médiane M qui est commune à la charge 6 et au condensateur de filtrage 5, le primaire du transformateur de commande étant constitué d'un premier enroulement le et d'un second enroulement 1f, les bornes opposées E et G du secondaire du transformateur de sortie étant respectivement connectées à l'autre borne N, commune au condensateur 5 et à la charge de sortie 6, à travers la diode 4c, montée en série avec le premier primaire le du transformateur de commande 1 et à travers la diode 4d montée en série avec le second primaire If du transformateur de commande 1, de telle sorte que si lesdites diodes se trouvent convenablement polarisées et que lesdits primaires du transformateur de commande délivrent au circuit @ magnétique du transformateur 1 des signaux opposés en phase, le susdit auto-oscillateur puisse fonctionner, le secondaire 3b alimentant ainsi -le pont redresseur dit 'à '. 'double',:àl 'ternance" constitué par les diodes 4c. et 4d dont les* sorties polarisées M et N chargent le condensateur de filtrage 5 entre les bornes duquel se trouve connectée la charge de sortie 6, de telle façon, qu'en déconnectant cette charge, le susdit auto-oscillateur s'arrête en ne laissant subsister:qu'une consommation négligeable à l'entrée, tant que se maintient un tel état de veille. 5. Dispositif selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que les bornes de sortie E et F du circuit série comprenant le secondaire 3b du transformateur 3 et le primaire le du transformateur de commande 1 sont connectées directement sur la charge 6 .qui est alors alimentée en courant alternatif, de 'telle sorte qu'en déconnectant cette charge, le susdit auto-oscillateur s'arrête en ne laissant subsister qu'une consommation négligeable à l'entrée tant que se maintient un tel état de veille. 6. Dispositif selon les Revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le circuit de déclenchement dudit auto-oscillateur comprend un circuit classique faisant appel à un secondaire ld du transformateur de commande, à un élément à seuil de tension 9, à un condensateur 10 et à une résistance 7 dont la valeur est suffisamment élevée pour que soit maintenue à un niveau négligeable la consommation d'entrée lorsque la charge 6 n'est pas connectée. 7. Dispositif selon les Revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le circuit de déclenchement dudit auto-oscillateur fait appel au circuit série comprenant un secondaire ld du transformateur de commande, un condensateur 10a et à un élément à seuil de tension 9, de telle sorte qu'il ne se produit qu'une'' seule impulsion de déclenchement, ceci permettant de rendre négligeable la consommation à l'entrée, lorsque la charge 6 est déconnectée. 8. Dispositif ,selon les Revendications 1 à 7, caractérisé par le-.fait que le susdit auto-oscillateur utilise un moyen commutateur unique. 9. Dispositif selon.les Revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le susdit auto-oscillateur utilise deux moyens commutateurs en faisant appel, par exemple, à une structure dite "en demi-pont à condensateurs" ou "en demi-pont asymétrique" ou "push-pull". 10. Dispositif selon les Revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le susdit auto-oscillateur utilise quatre moyens commutateurs en faisant appel à une structure dite "en pont complet". 11. Dispositif selon les Revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le susdit auto-oscillateur fait à appel à un ou plusieurs moyens commutateurs du type dit "transistor bi-polaire" . 12. Dispositif selon la Revendication 11, caractérisé par le fait que les transistors bi-polaires équipant le susdit auto-oscillateur fonctionnent sel on le mode dit "à base commune". 13. Dispositif selon les Revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le susdit auto-oscillateur fait appel à un ou plusieurs moyens commutateurs du type dit "transistor FET de puissance". 14. Dispositif selon les Revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le susdit auto-oscillateur fait appel à un ou plusieurs moyens commutateurs du type dit "IGBT". 15. Dispositif selon les Revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le susdit auto-oscillateur fait appel à un ou plusieurs moyens commutateurs du type dit "thyristor".