Brevet FR2841061A1 — publié le 20031219

serie avec ['entree de commande du deuxieme interrupteur controle. Dispositif et procede de pilotage d'une source d'alimentation decoupage et source d' alimentation a decoupage pourvue d' un tel dispositif de pilotage. La presente invention concerne, de maniere generale, les sources d'alimentation a decoupage et, en particulier, les circuits de regulation utilises pour piloter les cellules de commutation entrant dans la constitution de ces sources d'alimentation. Comme on le salt, les alimentations a decoupage vent des convertisseurs courant continu-courant continu, abaisseurs ou elevateurs de tension. Dans le cas particulier des convertisseurs abaisseurs de tension, ces alimentations comportent classiquement une inductance, placee par exemple du cote de la sortie du convertisseur. Cette inductance est raccordee, d'une part, par l' intermediaire d' un premier commutateur, a une source d'alimentation a courant continu et, d'autre part, a la masse, par l'intermediaire d'un deuxieme commutateur. On a represente, sur la figure 1, la structure generale d'un convertisseur continu-continu abaisseur de tension, de type classique, utilise pour l'alimentation d'une charge R et, sur la figure 2, des chronogrammes indiquant ['evolution du courant circulant dans ['inductance et la variation des signaux de pilotage des premier et deuxieme commutateurs P et N. respectivement. Dans les sources d'alimentation a decoupage de ce type, le circuit de regulation pilote les premier et deuxieme commutateurs pour les commuter de maniere a eviter que le courant circulant a travers ['inductance devienne negatif. Habituellement, le pilotage des commutateurs est effectue a partir d'une mesure du courant circulant a travers ['inductance en utilisant des detecteurs de courant appropries, ce qui presente des inconvenients majeurs en termes de puissance consommee et de rendement, en particulier pour des charges falbles. Le but de ['invention est done de pallier ces inconvenients et de fournir un dispositif de pilotage d' une source d' alimentation decoupage, permettant de predire ['instant auquel le courant circulant dans ['inductance s'annule de maniere a eviter l'utilisation de moyens de mesure de ce courant. Ainsi, selon ['invention, il est propose un dispositif de pilotage d'une source d' alimentation a decoupage, ladite source d' alimentation comprenant une inductance et deux commutateurs de commande du niveau de tension circulant dans ['inductance. Ce dispositif de pilotage comporte un premier condensateur destine a etre charge a courant constant, a partir d'un niveau de tension nul, un deuxieme condensateur destine a etre decharge audit courant constant a partir d'un niveau de tension predetermine superieur au niveau de tension de la source d'alimentation a courant continu, et des moyens de comparaison pour comparer la tension nominale de sortie de la source d'alimentation avec la tension des premier et deuxieme condensateurs pour delivrer des signaux de pilotage des premier et deuxieme commutateurs. Selon une autre caracteristique de ce dispositif, les moyens de comparaison comportent un premier comparateur dont la borne non inverseuse est raccordee a la sortie de la source d'alimentation a decoupage et dont la borne inverseuse rec,oit le niveau de tension du premier condensateur. Les moyens de comparaison comportent en outre un deuxieme comparateur dont la borne non inverseuse est raccordee a la sortie de la source d'alimentation a decoupage et dont la borne inverseuse rec,oit le niveau de tension du deuxieme condensateur. Selon ['invention, il est egalement propose une source d'alimentation a decoupage comprenant une inductance raccordee, d'une part, a une source d' alimentation a courant continu par l'intermediaire d'un premier commutateur et, d'autre part, a la masse par l'intermediaire d'un deuxieme commutateur, et un dispositif de pilotage des commutateurs tel que defini ci-dessus. L'invention propose en outre une source d'alimentation a decoupage, comprenant une inductance dont une premiere borne est raccordee a une source d'alimentation a courant continu et dont une deuxieme borne est raccordee, d'une part, a la sortie de source d'alimentation par l'intermediaire d'un premier commutateur et, d'autre part, a la masse par l'intermediaire d'un deuxieme commutateur et un dispositif de pilotage des commutateurs tel que defini ci-dessus. Enfin, ['invention propose un procede de pilotage d'une source d'alimentation a decoupage comprenant une inductance et deux commutateurs de commande du niveau de tension circulant dans ['inductance et un dispositif de pilotage des commutateurs, selon loquel on charge a courant constant, a partir d'un niveau de tension nul, un premier condensateur, on decharge audit courant constant un deuxieme condensateur a partir d'un niveau de tension predetermine superieur au niveau de tension de la source d'alimentation a courant continu, et l' on compare la tension nominale de sortie de la source d'alimentation avec la tension des premier et deuxieme condensateurs pour delivrer des signaux de pilotage des premier et deuxieme commutateurs. D'autres buts, caracteristiques et avantages de ['invention apparatront a la lecture de la description qui va suivre, donnee uniquement a titre d'exemple non limitatif, et faite en reference aux dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1, dont il a dej a ete fait mention, decrit ['architecture generale d'un convertisseur courant continu-courant continu abaisseur de tension selon l'etat de la technique; - la figure 2 montre la variation du courant circulant dans ['inductance du circuit de la figure 1, ainsi que la variation en fonction du temps des signaux de pilotage des premier et deuxieme commutateurs; - la figure 3 est un schema synoptique d'un circuit de regulation d'un circuit convertisseur courant continu-courant continu abaisseur de tension conforme a ['invention; - la figure 4 montre la variation, en fonction du temps, des principaux signaux du circuit de la figure 3; et - la figure 5 decrit l' architecture d'un convertisseur elevateur de tension auquel s' applique egalement ['invention. Sur la figure 3, on a represente une partie d'un circuit de regulation pour source d'alimentation a decoupage, designee par la reference numerique generale 10. Cette portion de circuit est destinee a etre associee a un convertisseur courant continu-courant continu classique, tel que celui decrit precedemment en reference a la figure 1 pour ['elaboration des signaux de pilotage ComP, ComN des commutateurs de ce convertisseur. Plus particulierement, elle est destinee a delivrer des signaux destines a provoquer ltouverture de ces commutateurs. Comme on le volt sur cette figure, ce circuit 10 comporte essentiellement un premier condensateur Cp et un deuxieme condensateur Cn, ainsi que deux comparateurs A1 et A2, constitues par exemple de transistors operationnels dont la sortie delivre les signaux de pilotage StopP et StopN de l'ouverture des premier et deuxieme commutateurs P et N. respectivement, du convertisseur courant continu-courant continu (figure 1). Ces premier et deuxieme condensateurs Cp et Cn vent chacun raccordes a la borne inverseuse des comparateurs A1 et A2, la borne non inverseuse recevant la sortie Vs du convertisseur. Comme on le volt sur la figure 3, l'une des bornes du premier condensateur Cp, qui est raccordee a la borne inverseuse du comparateur A1 correspondent, est raccordee, par l'intermediaire d'un premier commutateur K1 a une source S1 d'alimentation a courant continu, qui delivre un courant Ip. Un deuxieme commutateur K2 est dispose en parallele sur ce premier condensateur Cp. Les condensateurs K1 et K2 vent pilotes a l'ouverture et a la fermeture au moyen d'un signal StartP de commande de la fermeture de premier commutateur P du convertisseur, de sorte qu'un niveau teas sur ce signal provoque la fermeture du deuxieme commutateur K2 et l'ouverture du premier commutateur K1 et qu'un niveau haut de ce s signal de commande provoque la fermeture du premier commutateur K1 et ltouverture du deuxieme commutateur K2. En ce qui concerne le deuxieme condensateur Cn, celui-ci est raccorde a une source d'alimentation continue Vsup. Un commutateur K3 pilote sa decharge selon un courant In. Un quatrieme commutateur K4 est en outre place en parallele sur ce deuxieme condensateur Cn. Ces troisieme et quatrieme commutateurs K3 et K4 vent pilotes par l'intermediaire d'un signal StartN de commande de la fermeture du deuxieme commutateur du convertisseur, de sorte qu'un niveau teas de ce signal de commande provoque la fermeture du quatrieme commutateur K4 et l'ouverture du troisieme commutateur K3, et qu'un niveau haut de ce signal de commande, provoque la fermeture du troisieme commutateur K3 et l'ouverture du quatrieme commutateur K4. On notera que les signaux de pilotage StartP et StartN de la fermeture des premier et deuxieme commutateurs P et N vent elabores de maniere classique. Leur elaboration ne sera done pas detaillee par la suite. En se referent maintenant a la figure 4, le circuit de regulation qui vient d'etre decrit fonctionne de la fa,con suivante. Au demarrage, le signal StartP de commande de la fermeture du premier commutateur P du convertisseur est positionne a un niveau haut, et le signal de commande de la fermeture du deuxieme commutateur N du convertisseur est positionne a un niveau teas. Le premier commutateur K1 du circuit de regulation est ainsi ferme et le deuxieme commutateur K2 de ce circuit de regulation est ouvert. Des lors, le premier condensateur Cp se charge a partir d'un niveau de tension nul avec un courant constant de valeur Ip. Des que le niveau de tension aux bornes du condensateur Cp atteint le niveau de sortie Vs de l'alimentation a decoupage, le signal de commande StopP delivre par le premier comparateur Al passe au niveau haut, provoquant le passage au niveau teas du signal de commande du premier commutateur P du convertisseur et l'ouverture consecutive de ce dernier. Simultanement, le signal de commande StartN du deuxieme commutateur N du convertisseur est positionne a un niveau haut, provoquant une fermeture consecutive de ce deuxieme commutateur. Ceci provoque, d'une part, une decroissance lineaire du courant circulant dans l'inducteur et, d'autre part, une decharge du deuxieme condensateur Cn du regulateur 10, a partir du niveau de tension VsUp, et ce a courant constant In. Des que le niveau de tension aux bornes du deuxieme condensateur Cn atteint le niveau de tension de sortie Vs de la source d'alimentation, le signal de commande StopN du deuxieme commutateur N de la source d'alimentation passe au niveau haut, provoquant des lors une ouverture de ce deuxieme commutateur. Le circuit qui vient d'8tre decrit est utilise pour engendrer des impulsions de pilotage des commutateurs de la source d'alimentation, a ['expiration de periodes de temps predeterminees TonP et TonN, qui correspondent respectivement aux durees de conduction des premier et deuxieme commutateurs, ou de croissance et de decroissance lineaires du courant dans l' inductance L. En se referent a nouveau a la figure 2, le courant circulant dans ['inductance d'un circuit d'alimentation abaisseur de tension crot lors de la fermeture du premier commutateur selon une pente egale a (V s up -Vs)/L et decrot, lor s de l a fermeture du deu xi eme commut ateur, selon une pente egale a-Vs/L. Le courant maximum Imax et les durees TonP et TonN, lesquelles correspondent respectivement aux durees pendant lesquelles les premier et deuxieme commutateurs P et N vent pass ants satisfont alors aux relations suivantes: Im ax = TonP x- ( 1) et, -Imax TonN = (2) d'ou: T N T Px Vsupvs (3) Comme on le con,coit, les durees TonP et TonN satisfont egalement aux conditions suivantes: Tonp= / VSC (4) TonN = I P C (5) Ainsi, outre les niveaux de tension aux bornes des condensateurs Cp et Cn du circuit de regulation, ces durees To'P et TonN ne dependent que de la valeur des con dens ateurs Cn et Cp et de la valeur du courant In et Ip circulant a travers ces derniers. La valeur des courants In et Ip vent choisies de maniere a etre egales, de meme que la valeur des condensateurs Cp et Cn. Des lors, les durees TonN et TonP satisfont l'egalite (3) mentionnee ci-dessus. Comme on le concoit, le respect de cette egalite permet de piloter ltouverture des premier et deuxieme commutateurs des que le courant Ip circulant a travers ['inductance stannule. Ainsi, conformement a ['invention, il est possible de s'affranchir de l'utilisation de detecteurs de courant pour piloter les cellules de commutation d'une source d'alimentation a decoupage avant que le courant circulant a travers ['inductance de cette alimentation devienne negatif. On notera enfin que, comme mentionne precedemment et en se referent a la figure 5, ['invention qui vient d'etre decrite s' applique egalement au pilotage de circuits d'alimentation elevateurs de tension. Comme on le volt sur cette figure, un tel circuit d'alimentation comporte egalement une inductance L dont une premiere borne est raccordee a une source d'alimentation a courant continu et dont une deuxieme borne est raccordee, d'une part, a la sortie de source d'alimentation par l'intermediaire d'un premier commutateur Q et, d'autre part, a la masse par l'intermediaire d'un deuxieme commutateur R. Ainsi, des signaux analogues aux signaux Start P et Stop P. d'une part, et Start N et Stop N. d'autre part, vent utilises pour piloter le premier commutateur Q et le deuxieme commutateur R. Dans ce type de circuit, la tension de sortie Vs est superieure a la tension continue Vsup. En reprenant les terminologies utilisees dans le circuit de la figure 3, les durees TonQ et TonR, qui correspondent aux temps de conduction des commutateurs Q et R. respectivement, pendant lesquelles le condensateur Cp se charge de 0V a Vsup et pendant laquelle le condensateur Cn se decharge de Vs a Vsup, respectivement, satisfont la relation suivante: TonQ = TonR x Vsup (6) VsVsup REVENDICATIONS 1. Dispositif de pilotage d'une source d'alimentation a decoupage, ladite source d'alimentation comprenant une inductance (L) et deux commutateurs (N. P; Q. R) de commande du niveau de tension circulant dans ['inductance, caracterise en ce qu'il comporte un premier condensateur (Cp) destine a etre charge a courant constant, a partir d'un niveau de tension nul, un deuxieme condensateur (Cn) destine a etre decharge audit courant constant a partir d'un niveau de tension predetermine (Vsup) superieur au niveau de tension (Vs) de la source d'alimentation a courant continu, et des moyens de comparaison (A1, A2) pour comparer la tension nominale de sortie de la source d'alimentation avec la tension des premier et deuxieme condensateurs (Cp, Cn) pour elaborer des signaux de pilotage des premier et deuxieme commutateurs. 2. Dispositif de pilotage selon la revendication 1, caracterise en ce que le s moyens de comp arais on comportent un premier comparateur (A1) dont la borne non inverseuse est raccordee a la sortie de la source d'alimentation a decoupage et dont la borne inverseuse recoit le niveau de tension du premier condensateur (Cp). 3. Dispositif de pilotage selon l'une des revendications 1 et 2, caracterise en ce que les moyens de comparaison comportent un deuxieme comparateur (A2) dont la borne non inverseuse est raccordee a la sortie de la source d'alimentation a decoupage et dont la borne inverseuse re, coit le niveau de tension du deuxieme condensateur. 4. Source d'alimentation a decoupage, comprenant une inductance (L) raccordee d'une part a une source d'alimentation a courant continu par l'intermediaire d'un premier commutateur (P) et, d'autre part, a la masse par l'intermediaire d'un deuxieme commutateur (N) et un dispositif de pilotage des commutateurs, caracterise en ce que le dispositif de pilotage comporte un premier condensateur (Cp) destine a etre charge a courant constant, a partir d'un niveau de tension nul, un deuxieme condensateur (Cn) destine a etre decharge audit courant constant a partir d'un niveau de tension predetermine (Vsup) superieur au niveau de tension de la source d'alimentation a courant continu, et des moyens de comparaison (A1, A2) pour comparer la tension nominale de sortie de la source d'alimentation avec la tension des premier et deuxieme condensateur pour elaborer des signaux de pilotage des premier et deuxieme commutateurs. S. Source d'alimentation a decoupage, comprenant une inductance (L) dont une premiere borne est raccordee a une source d'alimentation a courant continu et dont une deuxieme borne est raccordee, d'une part, a la sortie de source d'alimentation par l'intermediaire d'un premier commutateur (Q) et, d'autre part, a la mas se par 1' intermedi aire d'un deuxieme commutateur (R) et un dispositif de pilotage des commutateurs, caracterise en ce que le dispositif de pilotage comporte un premier condensateur (Cp) destine a etre charge a courant constant, a partir d'un niveau de tension nul, un deuxieme condensateur (Cn) destine a etre decharge audit courant constant a partir d'un niveau de tension predetermine (Vsup) superieur au niveau de tension de la source d'alimentation a courant continu, et des moyens de comparaison (A1, A2) pour comparer la tension nominale de sortie de la source d'alimentation avec la tension des premier et deuxieme condensateur pour elaborer des signaux de pilotage des premier et deuxieme commutateurs. 6. Procede de pilotage d'une source d'alimentation a decoupage comprenant une inductance (L) et deux commutateurs (N. P; Q. R) de commande du niveau de tension circulant dans ['inductance et un dispositif de pilotage des commutateurs, caracterise en ce qu'il comporte les etapes suivant lesquelles, on charge a courant constant, a partir d'un niveau de tension nul, un premier condensateur (Cp), on decharge audit courant constant un deuxieme condensateur (Cn) a partir d'un niveau de tension predetermine superieur au niveau de tension de la source d'alimentation a courant continu, et l'on compare la tension nominale de sortie de la source d'alimentation avec la tension des premier et deuxieme condensateur (Cp, Cn) pour elaborer des signaux de pilotage des premier et deuxieme