Brevet FR2907614A1 — publié le 20080425

PROCEDE DE REGLAGE D'UNE ALIMENTATION ELECTRIOUE A DECOUPAGE Domaine technique L'invention se rattache au domaine des convertisseurs statique (ou CVS) et plus particulièrement les convertisseurs à résonances. L'invention vise plus particulièrement un procédé de réglage d'un tel convertisseur, qui permet de déterminer et d'optimiser son fonctionnement. Technique antérieures De façon générale, les convertisseurs à résonances utilisent une structure qui à partir d'une source d'énergie électrique alimente un circuit résonnant du type LC. L'alimentation de ce circuit résonnant se fait par l'intermédiaire d'un convertisseur du type onduleur par exemple, incluant plusieurs interrupteurs statiques, dont les phases de conduction sont commandées pour obtenir les formes de tension et de courant souhaitées. Ainsi, dans un onduleur à résonance, il possible de jouer sur la durée des périodes de conduction lorsqu'une fréquence de fonctionnement est fixée. Il est également possible de faire varier la fréquence de fonctionnement, indépendamment de la durée des phases de conduction. Or, on sait que les performances maximales d'un convertisseur à résonance, c'est-à-dire la capacité de délivrer une puissance maximale, sont obtenues lorsque la fréquence de découpage du convertisseur est proche de la fréquence propre de résonance du circuit que constitue la charge du convertisseur. C'est pourquoi il est généralement recherché de configurer le convertisseur de telle sorte que sa fréquence de découpage, ou de fonctionnement, correspondent à la fréquence de résonance de la charge. Connaissant donc les composantes inductive et capacitive de cette charge, il est possible d'en déduire la fréquence propre de résonance et de paramétrer le dispositif de commande du convertisseur en conséquence. En fonction de la plage de puissance qui doit être délivrée à la charge, on détermine ainsi les fréquences minimum et maximum du convertisseur. Ces fréquences sont généralement paramétrées par des résistances de calibrages 2907614 2 interfacées avec un composant électronique assurant la régulation et la commande du convertisseur. Un problème qui se pose et qu'il est souvent difficile de connaître avec une très 5 grande précision, la fréquence de résonance propre d'une charge, en particulier à cause de la précision des composants électriques qui la constituent. Ainsi, il est fréquent que les condensateurs utilisés dans les circuits de charge présentent une capacité qui n'est connue qu'à quelques pourcent près. Dans certaines applications, le composant inductif du circuit résonnant peut également être connu avec une imprécision élevée. C'est notamment le cas 10 lorsque ce composant inductif correspond à une inductance de fuite d'un transformateur dans lequel notamment où le convertisseur est utilisé pour générer une très haute tension. Un exemple d'utilisation d'un onduleur à résonance pour la génération de très haute tension est décrit dans le document FR 2 861 802. La précision ou la valeur d'inductance d'un composant inductif dépend également de la température de fonctionnement, et on 15 observe des variations importantes sur toute la plage de températures auxquelles peut fonctionner un convertisseur. Une autre source d'imprécision provient de l'évolution dans le temps des composants, qui conduit à un décalage de la fréquence de résonance propre du circuit de charge. 20 Ainsi, la puissance maximale du convertisseur à résonance peut ne pas être atteinte si la fréquence de découpage se trouve, du fait de ces imprécisions, éloignée de la fréquence de résonance propre de la charge. 25 Exposé de l'invention L'invention concerne donc un procédé de réglage d'une alimentation électrique à découpage, du type convertisseur à résonance. 30 Conformément à l'invention, ce procédé comporte les étapes suivantes, au cours desquelles : - on met sous tension le convertisseur ; - on enchaîne une succession d'étapes de mesures, au cours desquelles on mesure la puissance délivrée à la charge à une fréquence de découpage donnée, 2907614 3 et ce en faisant varier progressivement la fréquence de découpage d'une étape à l'autre ; - on détermine la fréquence de résonance de la charge à partir de l'ensemble des valeurs de puissance mesurées. 5 En d'autres termes, l'invention consiste à déterminer la fréquence optimale de fonctionnement de l'onduleur à résonance, en balayant toute une plage de fréquences, de manière à identifier à laquelle de ces fréquences la puissance consommée par la charge est maximale. Cette fréquence optimale est donc le résultat de mesures effectives, et non pas 10 d'un calcul théorique. En pratique, on peut faire varier la fréquence de découpage jusqu'à atteindre la fréquence pour laquelle la puissance délivrée par la charge est maximale, et ainsi stopper le balayage dés lors que l'on a atteint un maximum de puissance transmise. Il est également possible 15 en variante de repérer des points de fonctionnement, c'est-à-dire de connaître la variation de la puissance transmise en fonction de la fréquence sur une plage hors de la fréquence de résonance, pour ensuite estimer la fréquence de résonance sans pour autant l'atteindre. Dans ce cas, la charge reliée à un onduleur n'a pas à supporter la puissance électrique maximale. 20 Avantageusement en pratique, il est possible de mettre le convertisseur sous tension en utilisant une tension d'entrée qui est inférieure à sa tension d'entrée nominale, de manière à limiter la puissance transmise à la charge. 25 Il est également possible de réaliser ce procédé de calibration en connectant une charge de test, de manière à éviter de soumettre la charge applicative à des puissances importantes. En pratique, le balayage de la période de fréquence de test permet en fonction de la période de résonance de la charge, de déterminer deux fréquences de fonctionnement, à 30 savoir une fréquence minimale et une fréquence maximale. Ces fréquences sont donc différentes selon le mode de fonctionnement du convertisseur. Ainsi, dans le cas préféré où la fréquence de fonctionnement est inférieure à la fréquence propre de résonance de la charge, le fonctionnement et dit en mode hypo-résonant . Si la fréquence est supérieure à la moitié de la fréquence de résonance de la charge, le mode est appelé hypo-résonant 35 continu . A l'inverse, si la fréquence de découpage est inférieure à la moitié de la 2907614 4 fréquence propre de la charge, le fonctionnement est dit en mode hypo-résonant discontinu . Lorsqu'au contraire, la fréquence de découpage est supérieure à la fréquence propre de résonance de la charge, le fonctionnement est dit hyper-résonant . Le choix entre ces différents modes de fonctionnement dépend de la technologie employée et de 5 l'application spécifique. En pratique, le calcul des fréquences maximale et minimale de fonctionnement peut permettre de calculer des valeurs de composants matériels de calibrage du convertisseur, qui permettent de fixer ces fréquences. En d'autres termes, dans le cas d'un circuit de 10 commande utilisant des composants tels que des résistances de calibration, ces dernières adoptent des valeurs qui sont directement issues des calculs de fréquence maximales et minimales. Dans certains cas de figures, ces composants peuvent être modifiés, avantageusement de façon automatique en fonction des valeurs calculées. 15 Il est à noter que le procédé conforme à l'invention peut être mis en oeuvre soit immédiatement après la fabrication du convertisseur, ou bien encore à tout moment de son existence. 20 Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui de l'unique figure qui est un organigramme décrivant les différentes étapes du procédé conforme à 25 l'invention. Manière de réaliser l'invention 30 Comme illustré à la figure, le procédé conforme à l'invention débute par une opération (2) de mise sous tension du convertisseur. En pratique, si le convertisseur doit être testé juste après sa fabrication, la mise sous tension se fait en connectant une charge de test étalon en sortie du convertisseur. En revanche, si la calibration a lieu sur un convertisseur déjà installé, alors il est possible de réduire la tension d'entrée du 35 convertisseur, pour limiter la puissance qui sera délivrée à la charge applicative. Il est 2907614 5 également possible de remplacer la charge applicative par une charge de test. Il est également possible de combiner ces deux aspects en appliquant une tension réduite à une charge de test. 5 Par la suite et comme illustré sur la figure à l'étape (3) la fréquence de découpage est incrémentée par exemple à partir d'une valeur minimum évaluée empiriquement en fonction des calculs théoriques qui ont été faits sur la charge applicative. Typiquement, l'incrémentation en fréquence se fait par des pas de l'ordre du 10 kiloHertz. A chaque nouvelle fréquence ou bien de façon continue, on effectue une mesure de la puissance délivrée au niveau de la charge de test ou de la charge applicative. Cette étape (4) de mesure se fait selon des techniques classiques qu'il n'est pas nécessaire de 15 détailler ici en détail. Les valeurs des puissances consommées par la charge sont enregistrées de manière qu'il est possible de vérifier à quelle fréquence de découpage la puissance délivrée est maximale. Si cette surveillance (5) montre que la valeur maximale n'est pas atteinte, une 20 nouvelle incrémentation (6) est alors effectuée. Dés lors que la puissance maximale est atteinte, le procédé permet de connaître la fréquence propre de résonance de la charge, ou la fréquence maximale utile à l'application. On calcule ainsi les bornes de la plage de fréquence dans laquelle la fréquence de 25 découpage est susceptible de varier lorsque le convertisseur est opérationnel. Ainsi, dans le cas préféré d'un fonctionnement selon un mode hypo-résonant continu, la fréquence minimale peut être choisie légèrement en dessous de la moitié de la fréquence de résonance propre de la charge. La fréquence maximale de découpage est déterminée en tenant compte de marges de dérives liées aux variations de température de 30 l'environnement de l'application et/ou du vieillissement des composants. Dés lors que les fréquences minimales et maximales ont été déterminées lors de l'étape 9, un calcul permet de déterminer les résistances Rmin et Rmax à implanter et connecter sur le circuit intégré de commande du convertisseur. A titre d'exemple, un tel 35 contrôleur peut être choisi dans la famille UC386X commercialisé par la société TEXAS 2907614 6 INSTRUMENTS. Bien entendu, d'autres contrôleurs analogues peuvent également être employés. Dans certains cas, les fréquences maximale et minimales sont déterminées par une 5 résistance qui correspond à la fréquence minimale (ou maximale), combinée avec une résistance représentative de l'amplitude de la plage de fréquence. Selon le type de test de calibrage que l'on effectue, ces résistances peuvent être directement implantées matériellement sur les cartes du dispositif de contrôle commande. 10 Il est également possible de les régler manuellement lorsque les résistances sont réalisées à base de potentiomètres. Il est également possible que ces résistances soient réalisées de manière réglable, analogiquement ou numériquement. Dans ce cas, le résultat des calculs des résistances servent à régler ces valeurs de résistance. 15 Par la suite, une étape de test permet de vérifier après implantation des résistances que les fréquences minimale et maximale correspondent bien à celles qui ont été calculées précédemment, à l'étape (9). Si les valeurs de fréquence mesurées ne sont pas en accord avec les fréquences correspondantes, une nouvelle détermination de ces résistances est alors effectuée. , ce qui peut être le cas par exemple lorsque le composant contrôleur 20 présente une erreur par rapport aux calculs, à cause d'une imprécision ou de tolérance. Si en revanche les résistances ainsi déterminées conduisent bien à des fréquences de fonctionnement souhaitées, le convertisseur est alors considéré comme calibré. 25 L'étape de calcul et l'étape de test peuvent être combinées par le réglage des fréquences minimale et maximale en modifiant directement les valeurs des résistances implantées, lorsqu'il s'agit d'un composant résistif réglable analogiquement ou numériquement. Il ressort de ce qui précède que le procédé conforme à l'invention présente 30 l'avantage de permettre une optimisation des performances du convertisseur, dans la mesure où elles permettent la détermination précise et exacte de la fréquence de résonance propre de la charge. Ce procédé pouvant être mis en oeuvre à tout moment de la vie du convertisseur, il permet d'ajuster la programmation du convertisseur en fonction de l'évolution de caractéristiques des différents composants constituant la charge applicative. 35 REVENDICATIONS 1/ Procédé de réglage d'une alimentation électrique à découpage, du type convertisseur à 5 résonance, caractérisé en ce que: - on met sous tension (2) ledit convertisseur; - on enchaîne une succession d'étapes de mesure (4), au cours desquelles on mesure la puissance délivrée à la charge, à une fréquence de découpage donnée, et ce en faisant varier (3) progressivement la fréquence de découpage d'une étape à l'autre, 10 - on détermine (8) la fréquence de résonance de la charge à partir de l'ensemble des valeurs de puissance mesurées. 2/ Procédé selon la revendication 1, dans lequel on fait varier la fréquence de découpage jusqu'à atteindre (5) la fréquence pour laquelle la puissance délivrée à la charge est 15 maximale. 3/ Procédé selon la revendication 1, dans lequel on met sous tension le convertisseur, en utilisant une tension d'entrée qui est inférieure à la tension d'entrée nominale du convertisseur. 4/ Procédé selon la revendication 1, dans lequel, préalablement à la mise sous tension du convertisseur, on connecte le convertisseur à une charge de test. 5/ Procédé selon la revendication 1, dans lequel, en fonction de la fréquence de résonance 25 de la charge, on détermine (9) deux fréquences minimale et maximale de fonctionnement. 6/ Procédé selon la revendication 5, comportant une étape de calcul (10) des valeurs de composants matériels de calibrage du convertisseur, destinés à fixer automatiquement les fréquences minimale et maximale de fonctionnement du convertisseur. 7/ Procédé selon la revendication 6, dans lequel les composants de calibrage sont réglées (11) en fonction des valeurs calculées. 20 30