Brevet FR2863788A1 — publié le 20050617

La présente invention concerne une alimentation électrique à découpage avec isolation. Cette alimentation électrique est destinée, plus particulièrement, à alimenter les circuits électroniques des appareils électroménagers. Les alimentations à découpage sont de plus en plus utilisées, dans le domaine de l'électronique, pour deux raisons: D'une part, le coût de fabrication de ce type d'alimentation concurrence directement celui des autres types connus d'alimentations, pour des puissances moyennes et faibles, et il devient avantageux pour des puissances supérieures. D'autre part, la souplesse d'utilisation des alimentations à découpage est de loin supérieure à celle des autres types d'alimentations. Les alimentations à découpage classiques, utilisées dans le domaine des appareils électroménagers, ne sont pas isolées électriquement. La raison principale en est l'utilisation de triacs qui nécessitent une référence à la tension du secteur. L'isolation électrique d'une carte électronique est, dans ce cas, obtenue le plus souvent par l'utilisation d'un transformateur abaisseur de tension, de type convertissant un courant. sinusoïdal à une fréquence de 50 Hz. Dans le domaine des appareils électroménagers, une exigence est toutefois l'utilisation d'alimentations électriques isolées, que ce soit pour les lave-linge, les lave-vaisselle, les sèche-linge, etc... L'isolation électrique est ici obligatoire pour satisfaire aux normes en vigueur et pour assurer la sécurité des utilisateurs vis-à-vis du risque de choc électrique, qui existe lorsque certains organes accessibles des appareils électroménagers sont électriquement reliés aux parties électroniques, ce qui est par exemple le cas d'une cuve de sèche-linge. La coexistence de parties électroniques non isolées d'une part, et isolées d'autre part, sur un même appareil électroménager, conduit actuellement à des réalisations relativement complexes et coûteuses, en raison notamment de la nécessité d'adjoindre, à l'alimentation proprement dite, des dispositifs d'isolation de certaines parties séparés de cette alimentation. La présente invention vise à éliminer ces inconvénients, en fournissant un nouveau type d'alimentation à découpage permettant, par elle-même, d'alimenter les parties non isolées et les parties isolées d'un même appareil, notamment un appareil électroménager, afin d'assurer à faible coût la protection des utilisateurs contre le risque d'électrocution. A cet effet, l'invention a pour objet une alimentation électrique à découpage avec isolation, plus particulièrement destinée à alimenter les circuits électriques des appareils électroménagers, cette alimentation à découpage comprenant essentiellement, en combinaison: - un premier bloc de redressement recevant une tension d'entrée, - un hacheur selfique, alimenté par le premier bloc de 10 redressement, - un second bloc de redressement alimenté par la sortie du hacheur selfique, - une sortie non isolée du second bloc de redressement, délivrant une tension continue non isolée, - une boucle de régulation reliant en retour le second bloc de redressement au hacheur selfique, - au moins un enroulement isolé associé au hacheur selfique, de manière à constituer un transformateur électrique à sortie isolée, - un troisième bloc de redressement, alimenté par la sortie isolée de ce transformateur, - une sortie isolée du troisième bloc de redressement, délivrant une tension continue isolée. Ainsi, le principe de l'invention consiste à associer une alimentation à découpage, et une isolation électrique, en un même ensemble, ce qui permet d'obtenir une alimentation à découpage avec isolation partielle, permettant d'alimenter à la fois les parties électroniques non isolées et les parties électroniques isolées d'un même appareil, respectivement par sa sortie non isolée et par sa sortie isolée. Pour une tension alternative d'entrée, cet ensemble fournit en sortie des tensions continues, dont une tension non isolée et au moins une tension isolée. La boucle de régulation ramène l'image de l'une de ces tensions continues, plus particulièrement la tension non isolée, vers le hacheur afin de compenser en permanence le courant consommé ; de ce fait, les deux tensions de sortie, respectivement non isolée et isolée, subissent les variations dictées par la boucle de régulation, et l'ensemble est ainsi régulé. Surtout, l'idée inventive réside ici dans le fait d'isoler électriquement une ou plusieurs sorties en utilisant, avec une isolation convenable, un composant selfique déjà indispensable dans le principe même de l'alimentation à découpage. En pratique, le hacheur selfique comportant un enroulement (non isolé), on lui adjoint au moins un enroulement isolé, par exemple dans une structure à bobinages superposés ou à enroulements coaxiaux mais physiquement séparés, qui dans tous les cas permettent d'obtenir une double isolation, avec une tension de claquage élevée (notamment une tension supérieure à 4000 V pour une distance d'isolation sur circuit imprimé de 8 millimètres, pour respecter les normes en vigueur). L'enroulement isolé peut être un bobinage double, dans le cas où il est souhaité obtenir deux tensions de sortie isolées. Une disposition inverse, c'est-à-dire avec double enroulement non isolé du côté du hacheur selfique, est aussi envisageable. On notera que le ou les enroulements non isolés d'une part, et le ou les enroulements isolés d'autre part, travaillent de façon opposée: l'énergie transmise par le hacheur selfique via le ou les enroulements non isolés l'est d'une manière dite indirecte, alors que l'énergie transmise par l'intermédiaire du hacheur via le ou les enroulements isolés l'est d'une manière dite directe. Ce principe de fonctionnement permet à l'alimentation à découpage de mieux répartir les énergies, et d'augmenter le rendement de l'ensemble, à condition de consommer une énergie limitée sur le ou les enroulements utilisant la transmission d'énergie directe. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin annexé représentant, à titre d'exemples, quelques formes de réalisation de cette alimentation électrique à découpage avec isolation: Figure 1 est un schéma de principe d'une alimentation à découpage classique; Figure 2 est un schéma de principe d'une alimentation à découpage conforme à la présente invention; Figure 3 est une vue en coupe de la partie "transformateur" de cette alimentation à découpage, dans un premier mode de réalisation; Figure 4 est une vue en coupe d'une variante de cette partie "transformateur" ; Figure 5 est une vue en coupe d'une autre variante de ladite partie "transformateur". A titre de rappel de l'état de la technique, la figure 1 représente, sous la forme d'un schéma-blocs, une alimentation à découpage classique. Celle-ci comporte un premier bloc de redressement 2, qui reçoit à son entrée une tension alternative Ve, et qui alimente à sa sortie un hacheur selfique 3. La sortie du hacheur 3 alimente un second bloc de redressement 4, lequel délivre, à sa propre sortie, une tension continue Vs. Une boucle de régulation 5 relie en retour le second bloc de redressement 4 au hacheur selfique 3. La sortie de cette alimentation à découpage, délivrant la tension Vs, n'est pas isolée. La figure 2, sur laquelle les éléments correspondant à ceux précédemment décrits sont désignés par les mêmes repères, représente sous la forme d'un schéma-blocs une alimentation à découpage conforme à la présente invention. Cette alimentation à découpage comprend elle aussi: - un premier bloc de redressement 2, recevant une tension alternative d'entrée Ve; - un hacheur selfique 3, alimenté par le premier bloc de redressement 2; - un second bloc de redressement 4, alimenté par la sortie du brocheur selfique 3; une boucle de régulation 5, qui relie en retour le second bloc de redressement 4 au hacheur selfique 3. Cette partie de l'alimentation à découpage permet de disposer 25 d'une tension continue non isolée Vsl à la sortie 6 du second bloc de redressement 4. L'alimentation à découpage, objet de l'invention, comprend encore un enroulement isolé 7 qui est associé au hacheur selfique 3, plus particulièrement à l'enroulement non isolé de ce hacheur selfique 3, de manière à constituer un transformateur électrique 8, dont le secondaire possède une sortie isolée 9. Cette sortie isolée 9 est reliée à l'entrée d'un troisième bloc de redressement 10. Ce dernier possède une sortie 11 qui est donc une sortie isolée, délivrant une tension continue isolée Vs2. Ainsi, l'alimentation à découpage qui vient d'être décrite délivre, d'une part, une tension de sortie non isolée Vsl, et d'autre part, une tension de sortie isolée Vs2. Cette alimentation à découpage est notamment utilisable pour alimenter les circuits électroniques respectivement non isolés et isolés d'un même appareil électroménager, tel que lave-linge, lave-vaisselle ou sèche-linge. Un élément essentiel de cette alimentation à découpage et 5 isolation étant sa partie "transformateur" 8, les figures 3 à 5 en illustrent divers modes d'exécution. Dans tous les cas, ledit transformateur 8 comprend un primaire constitué par l'enroulement 12, non isolé, appartenant au hacheur selfique 3, et un secondaire constitué par l'enroulement isolé 7, relié au troisième bloc de redressement 10. Dans le mode de réalisation selon la figure 3, les enroulements 7 et 12 se présentent comme deux bobinages superposés, placés autour du noyau central d'une structure 13 du genre bobine électromagnétique. En particulier, l'enroulement isolé 7 entoure ici complètement l'enroulement non isolé 12. Dans le mode de réalisation selon la figure 4, les enroulements 7 et 12 se présentent encore comme deux bobinages superposés, placés ici dans une structure du type "pot" 14, usuelle dans le domaine des transformateurs. Enfin, dans le mode de réalisation selon la figure 5, les enroulements 7 et 12 se présentent comme deux bobinages coaxiaux, placés ici encore dans une structure du type "pot" 15 bien connue dans le domaine des transformateurs. Ces diverses réalisations de la partie "transformateur" 8 sont avantageusement pourvues de broches 16, pour leur montage direct sur un circuit imprimé qui porte aussi les autres composants de l'alimentation à découpage concernée. L'enroulement isolé 7 est, dans la forme de réalisation la plus élémentaire, un bobinage simple. Il peut aussi s'agir d'un bobinage double, qui permet d'obtenir deux tensions de sortie isolées, dédiées respectivement à deux utilisations. Dans tous les cas, cet enroulement 7 doit posséder une isolation électrique conforme aux normes en vigueur, visant à protéger les utilisateurs. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cette alimentation électrique à découpage avec isolation qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention: en modifiant la structure de la partie "transformateur", en prévoyant des sorties non isolées et isolées en nombre différent de celui décrit, - en destinant la même alimentation à découpage avec isolation à des appareils ou installations électriques de toute nature. REVENDICATIONS 1 Alimentation électrique à découpage avec isolation, plus particulièrement destinée à alimenter les circuits électroniques des appareils 5 électroménagers, caractérisée en ce qu'elle comprend, en combinaison: - un premier bloc de redressement (2), recevant une tension alternative d'entrée (Ve), un hacheur selfique (3), alimenté par le premier bloc de redressement (2), un second bloc de redressement (4), alimenté par la sortie du hacheur selfique (3), une sortie non isolée (6) du second bloc de redressement (4), délivrant une tension continue non isolée (VsI), une boucle de régulation (5), reliant en retour le second bloc de 15 redressement (4) au hacheur selfique (3), au moins un enroulement isolé (7) associé au hacheur selfique (3), de manière à constituer un transformateur électrique (8) à sortie isolée (9), un troisième bloc de redressement (10), alimenté par la sortie 20 isolée (9) de ce transformateur (8), une sortie isolée (11) du troisième bloc de redressement (10), délivrant une tension continue isolée (Vs2). 2 - Alimentation électrique à découpage avec isolation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enroulement isolé (7) est un bobinage 25 double, permettant d'obtenir deux tensions de sortie isolées. 3 - Alimentation électrique à découpage avec isolation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'enroulement isolé (7) est adjoint à l'enroulement non isolé (12) du hacheur selfique (3) dans une structure (13; 14) à bobinages surperposés. 4 - Alimentation électrique à découpage avec isolation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'enroulement isolé (7) est adjoint à l'enroulement non isolé (12) du hacheur selfique (3) dans une structure (15) à enroulements coaxiaux.