Brevet FR2859580A1 — publié le 20050311

GRADATEUR POUR CHARGES RÉSISTIVES OU CAPACITIVES La présente invention concerne le domaine des gradateurs de puissance qui sont destinés à régler la puissance d'alimentation alternative de charges résistives ou capacitives. Une première catégorie connue de gradateurs est basée sur l'utilisation de triacs dont on fait varier le retard à l'amorçage suivant le début des alternances de l'alimentation alternative. De tels gradateurs ne fonctionnent pas sur des charges capacitives. Une deuxième catégorie à laquelle s'applique la pré- sente invention concerne les gradateurs utilisant des inter-rupteurs dont on commande le retard à l'extinction et qui sont donc passants au début de chaque alternance de l'alimentation. Ces gradateurs requièrent des interrupteurs blocables, par exemple, deux transistors MOS affectés respectivement aux alternances positives et négatives de l'alimentation alternative. De tels gradateurs nécessitent, pour chacun des amplificateurs de commande des transistors MOS, des circuits d'alimentation dédiés ce qui accroît le coût du circuit. De plus, le recours à des transistors MOS pose des problèmes de compa- tibilité électromagnétique ainsi que des problèmes de tension directe lorsque ces deux transistors sont en anti-série. Pour résoudre ce dernier problème, on a déjà proposé d'utiliser une autre catégorie d'interrupteurs, à savoir des transistors dits MBS qui correspondent à des transistors IGBT tenant la tension inverse (Reverse Blocking IGBT). La figure 1 représente un exemple classique d'un tel gradateur. Une charge (par exemple une lampe L) est connectée en série avec un gradateur de puissance 1 entre deux bornes P et N d'application d'une tension d'alimentation alternative. Le circuit 1 est basé sur l'utilisation de deux transistors MBS 2 et 3 montés en anti-parallèle entre deux bornes 4 et 5 du gradateur, connectées respectivement à la lampe L et à la borne N. Dans cet exemple, le transistor 2 a son émetteur côté borne 4 et le transistor 3 a son émetteur côté borne 5. Chaque MBS est commandé par un circuit 6, 7 (DRIV) qui lui est propre. De tels circuits 6, 7 (drivers) comprennent généralement un comparateur associé à un détecteur du passage par zéro de la tension alternative, montés de façon à retarder le blocage du MBS par rapport au passage par zéro en fonction d'une consigne. La consigne de puissance est fournie, par exemple, par un potentiomètre 11 côté circuit 7. Cette consigne est transférée du circuit 7 au circuit 6 par un optocoupleur 10, nécessaire en raison de la différence de référence de tension entre les circuits 6 et 7. Chaque circuit 6, respectivement 7, est alimenté par un circuit (PSC) 8, respectivement 9. De tels circuits 8 et 9 sont connus, par exemple sous la dénomination commerciale VIPER. Il s'agit de circuits intégrés ou à éléments discrets qui, dans le montage de la figure 1, sont chacun associé à un condensateur C8, respectivement C9 aux bornes duquel est prélevée la tension d'alimentation destinée au circuit de commande 6, respectivement 7. Le circuit 8 comporte en outre, en série entre l'électrode du condensateur C8 opposée à la borne 4 et la borne N, une résistance R8, un transistor MOS T8 et une diode D8. Le circuit 9 comporte, entre l'électrode du condensateur C9 opposée à la borne N et la borne 4, une résistance R9, un transistor MOS T9 et une diode D9. Ces montages à base de circuit VIPER sont connus. Un inconvénient d'une structure telle qu'illustrée par la figure 1 est qu'elle requiert deux circuits complexes 5 d'alimentation distincts pour les circuits 6 et 7. La présente invention vise à pallier les inconvénients des gradateurs connus à base de transistors IGBT ou MBS. Plus particulièrement, l'invention vise à proposer une nouvelle structure de circuit d'alimentation d'un tel gradateur. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, l'invention prévoit un gradateur de puissance pour charge alternative comprenant, entre deux bornes, deux interrupteurs unidirectionnels montés en anti-parallèle et commandables à l'ouverture et à la fermeture, chaque interrupteur étant commandé par un circuit de pilotage réglant les instants d'ouverture de chacun des commutateurs par rapport à une consigne, chaque circuit de pilotage étant associé à un circuit d'alimentation comprenant un élément de stockage de tension en série avec un élément de redressement unidirectionnel, le tout en parallèle avec un élément limiteur de tension, les deux circuits d'alimentation étant reliés l'un à l'autre par un condensateur et les tensions d'alimentation respectives des circuits de pilotage étant prélevées aux bornes des condensateurs respectifs de chaque circuit d'alimentation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les éléments limiteurs de tension respectifs fixent les tensions d'alimentation des circuits de pilotage. Selon un mode de réalisation de la présente invention, une résistance est intercalée en série avec le condensateur 30 entre les deux circuits d'alimentation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la consigne de puissance est coivanuniquée d'un circuit de pilotage à un autre par un optocoupleur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 35 la consigne de puissance est fixée par un potentiomètre à doubles pistes isolées, partagé par les deux circuits de pilotage. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les éléments limiteur de tension sont des diodes Zener. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les éléments de redressement sont des diodes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les éléments de stockage de tension sont des condensateurs. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1, décrite précédemment, représente un 15 exemple classique de gradateur de puissance à base de transistors MBS; et la figure 2 représente un mode de réalisation d'un gradateur de puissance selon la présente invention. Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments qui sont nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés aux figures et seront décrits par la suite. En particulier, la charge alimentée par le gradateur n'a pas été détaillée. L'invention s'applique quel que soit le type de charge résistive ou capacitive à alimenter. De plus, les structures internes des circuits de commande n'ont pas été détaillées lorsqu'il s'agit de structures connues. Une caractéristique de la présente invention est de prévoir un circuit d'alimentation à base de composants passifs pour les circuits de pilotage de deux transistors MBS montés en anti-parallèle dans une structure de gradateur de puissance. La figure 2 représente, par une vue à rapprocher de la figure 1, un mode de réalisation d'un gradateur de puissance selon l'invention. On y retrouve une charge L connectée en série avec un circuit gradateur 20, entre deux bornes P et N d'application d'une tension d'alimentation alternative. Couutte précédemment, le gradateur 20 comporte deux transistors 2 et 3 connectés en anti-parallèle entre deux bornes 4 et 5 reliées respectivement à la charge L et à la borne N. Les deux transistors 3 et 4 sont, de préférence, des transistors MBS (transistors IGBT à tenue de tension inverse). En variante, chacun des transistors MBS pourra être remplacé par un transistor MOS ou un transistor IGBT associé à une diode en série afin de lui faire tenir la tension inverse. Chaque transistor 2, 3 est commandé par un circuit de pilotage classique 6, 7 (DRIV) classique. Dans l'exemple de la figure 2, la consigne de puissance fixée par un potentiomètre 11 au niveau du circuit 7 est, comme dans le cas de la figure 1, transférée au circuit 6 au moyen d'un optocoupleur 10. En variante, d'autres types de transfert de consigne pourront être prévus. Par exemple, on pourra utiliser un potentiomètre à doubles pistes isolées entre les deux circuits 6 et 7. Selon la présente invention, la tension d'alimentation de chaque circuit 6 ou 7 est fournie par un condensateur, respectivement C2 ou Cl. Chaque condensateur Cl, C2 a une première électrode connectée à la borne 5, respectivement 4 du gradateur et une deuxième électrode reliée à une borne d'entrée d'alimentation du circuit de pilotage 7 respectivement 6. Cette deuxième électrode de chaque condensateur est par ailleurs reliée à la cathode d'une diode Dl, respectivement D2, (ou de tout autre élément de redressement unidirectionnel) dont l'anode est reliée à l'autre électrode du condensateur par l'inter- médiaire d'une diode Zener DZ1, respectivement DZ2, (ou de tout autre élément limiteur de tension) dont la tension de seuil conditionne la tension d'alimentation souhaitée aux bornes du condensateur de stockage concerné. De préférence, les deux diodes DZ1 et DZ2 ont donc les mêmes valeurs dans la mesure où les circuits de pilotage sont alimentés par une tension similaire. Enfin, les anodes respectives des diodes Dl et D2 2859580 6 sont reliées l'une à l'autre par un montage constitué d'un condensateur C en série avec une résistance R. Dans le montage d'alimentation, seul le condensateur C est un condensateur haute tension. La résistance R a pour rôle de limiter le courant. Le fonctionnement du circuit d'alimentation est le suivant. Lors des alternances positives définies arbitrairement comme des alternances où le potentiel de la borne P est supérieur au potentiel de la borne N, la diode DZ2 ayant son anode côté borne 4 conduit alors que la diode D2 est bloquée. Par ailleurs, la diode Dl est polarisée en direct alors que la diode DZ1 est polarisée en inverse. Par conséquent, le condensateur Cl se charge par le chemin DZ2-R-C-Dl jusqu'à ce que la tension seuil de la diode DZ1 soit atteinte. Cette dernière limite alors la tension à cette tension seuil. Lors des alternances négatives, la diode Dl se trouve bloquée tandis que la diode DZ1 est polarisée en direct. C'est alors le condensateur C2 qui se charge par le trajet DZ1-C-R-D2, la valeur de cette charge étant limitée par la diode DZ2. On notera que la présence de la diode Dl empêche la décharge du condensateur Cl pendant ces alternances négatives de la même façon que la diode D2 empêche la décharge du condensateur C2 pendant les alternances positives. Un avantage du montage de l'invention est que sa structure est considérablement plus simple que celle de la 25 figure 1. Un autre avantage de l'invention est que, notamment par la présence de la résistance R et du condensateur C utiles dans toutes les alternances de l'alimentation alternative, elle améliore la symétrie de la consommation du courant d'alimen- tation. Un autre avantage de l'invention est que le condensateur C joue le rôle d'élément d'aide à la commutation (ou "snubber"), ce qui permet de réduire les pertes du circuit global et notamment l'énergie dissipée par les commutateurs 2 et 3. Un autre avantage de l'invention est que sa structure se prête à une commande sans optocoupleur des circuits 6 et 7 de pilotage. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'houuue de l'art. En particulier, les dimensionnements à donner aux différents courosants du circuit d'alimentation sont à la portée de l'honnie du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus et en fonction de l'application. REVENDICATIONS 1. Gradateur de puissance pour charge alternative comprenant, entre deux bornes (4, 5), deux interrupteurs unidirectionnels (2, 3) montés en antiparallèle et commandables à l'ouverture et à la fermeture, chaque interrupteur étant commandé par un circuit de pilotage (6, 7) réglant les instants d'ouverture de chacun des commutateurs par rapport à une consigne (11), caractérisé en ce que chaque circuit de pilotage est associé à un circuit d'alimentation comprenant un élément de stockage de tension (Cl, C2) en série avec un élément de redressement unidirectionnel (Dl, D2), le tout en parallèle avec un élément limiteur de tension (DZ1, DZ2), les deux circuits d'alimentation étant reliés l'un à l'autre par un condensateur (C) et les tensions d'alimentation respectives des circuits de pilotage étant prélevées aux bornes des condensateurs respectifs de chaque circuit d'alimentation. 2. Gradateur selon la revendication 1, dans lequel les éléments limiteurs de tension respectifs fixent les tensions d'alimentation des circuits de pilotage (6, 7). 3. Gradateur selon la revendication 1, dans lequel une 20 résistance (R) est intercalée en série avec le condensateur (C) entre les deux circuits d'alimentation. 4. Gradateur selon la revendication 1, dans lequel la consigne de puissance est communiquée d'un circuit de pilotage à un autre par un optocoupleur (10). 5. Gradateur selon la revendication 1, dans lequel la consigne de puissance est fixée par un potentiomètre à doubles pistes isolées, partagé par les deux circuits de pilotage (6, 7). 6. Gradateur selon la revendication 1, dans lequel les 30 éléments limiteur de tension sont des diodes Zener (DZ1, DZ2). 7. Gradateur selon la revendication 1, dans lequel les éléments de redressement sont des diodes (Dl, D2). 8. Gradateur selon la revendication 1, dans lequel les éléments de stockage de tension sont des condensateurs (Cl, C2).