Brevet FR2939578A1 — publié le 20100611

CIRCUIT D'ALIMENTATION ELECTRIQUE A DECOUPAGE HAUTE FREQUENCE. L'invention concerne, de façon générale, les techniques d'alimentation électrique. Plus précisément, l'invention concerne un circuit d'alimentation électrique à découpage haute fréquence comprenant une borne de référence, une borne d'entrée, une borne de sortie, un noeud intermédiaire entre les bornes d'entrée et de sortie, un premier interrupteur électronique monté entre la borne d'entrée et le noeud intermédiaire, un filtre de réjection interposé entre le noeud intermédiaire et la borne de référence et portant la borne de sortie, et un générateur de signaux de commande conçu pour appliquer au premier interrupteur un premier signal de commande à haute fréquence plaçant ce premier interrupteur alternativement dans un état passant et dans un état bloqué, ce circuit étant conçu pour être connecté, par ses bornes de référence et d'entrée, à une source de tension alternative, et, par ses bornes de référence et de sortie, à une charge électrique qui reçoit ainsi une tension filtrée résultant du découpage et du filtrage de la tension alternative de la source. Un circuit de ce type, par exemple décrit dans la demande de brevet WO 2006/047014, permet de fournir à une charge une tension sinusoïdale représentant une fraction, de préférence réglable, de la tension délivrée par la source de tension alternative. Un tel circuit présente, par rapport aux solutions plus traditionnelles de modulation de puissance fonctionnant par blocage d'une partie de chaque alternance de la tension alternative, l'avantage de n'engendrer ni parasites électriques ni bruit acoustique. En revanche, un tel circuit présente, dans sa conception 5 actuelle, une complexité de structure qui en limite l'utilisation à des applications très sophistiquées. La présente invention a précisément pour but de proposer un circuit du type mentionné dont la structure soit 10 simplifiée au point de rendre ce circuit utilisable dans des produits de grande distribution. A cette fin, le circuit de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le 15 préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre trois voies de relaxation montées en parallèle entre le noeud intermédiaire et la borne de référence, en ce que la première voie de relaxation est bidirectionnelle et comprend un deuxième 20 interrupteur électronique, en ce que le générateur de signaux de commande est conçu pour appliquer au deuxième interrupteur un deuxième signal de commande à haute fréquence plaçant ce deuxième interrupteur alternativement dans un état passant et dans un état 25 bloqué, les premier et deuxième interrupteurs étant placés dans leur état passant à tour de rôle et pendant des intervalles de temps disjoints, en ce que les deuxième et troisième voies de relaxation comprennent des troisième et quatrième interrupteurs électroniques 30 respectifs et sont polarisées en sens inverse respectivement vers la borne de référence et vers le noeud intermédiaire, et en ce que le générateur de signaux est conçu pour appliquer aux troisième et quatrième interrupteurs des troisième et quatrième signaux de 35 commande respectifs synchronisés sur la tension alternative de la source et mutuellement en opposition de 10 phase, les troisième et quatrième interrupteurs étant placés dans leur état passant respectivement pendant les alternances negatives et pendant les alternances positives de la tension alternative de la source. Par exemple, les deuxième et troisième voies de relaxation comprennent respectivement des première et deuxième diodes montées respectivement en série avec les troisième et quatrième interrupteurs. Le filtre de réjection peut comprendre une inductance montée entre le noeud intermédiaire et la borne de sortie, et une capacité montée entre la borne de sortie et la borne de référence. 15 De préférence, le générateur de signaux de commande est conçu pour produire les premier et deuxième signaux de commande à une même fréquence fondamentale au moins égale à 10 kHz, le filtre de réjection étant avantageusement 20 conçu pour rejeter la fréquence fondamentale des premier et deuxième signaux de commande. En outre, il est judicieux de prévoir que le générateur de signaux de commande soit conçu pour produire le 25 premier signal de commande avec un rapport cyclique réglable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est 30 faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma représentant un circuit conforme à l'invention; 35 - les figures 2A et 2B sont des chronogrammes représentant l'évolution en fonction du temps des états de deux interrupteurs du circuit de la figure 1 sous l'influence de signaux de commande respectifs; et - les figures 3A et 3B sont des chronogrammes représentant l'évolution en fonction du temps des états de deux autres interrupteurs du circuit de la figure 1 sous l'influence de deux autres signaux de commande respectifs. Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un circuit d'alimentation électrique à découpage haute fréquence, le terme de "haute fréquence" étant pris ici dans un sens large, par comparaison avec la fréquence de 50 Hz ou 60 Hz des réseaux de distribution électrique, et couvrant toute fréquence au moins égale à 5 kHz. Un tel circuit comprend, de façon connue, une borne de référence 11, une borne d'entrée 12, une borne de sortie 14, un noeud intermédiaire 13, un interrupteur électronique 21, un filtre de réjection 3, et un générateur de signaux de commande 4. Le noeud intermédiaire 13 est disposé entre les bornes d'entrée 12 et de sortie 14, et l'interrupteur électronique 21 est monté entre la borne d'entrée 12 et le noeud intermédiaire 13. Le filtre de réjection 3 est interposé entre le noeud intermédiaire 13 et la borne de référence 11, et porte la borne de sortie 14. Le générateur de signaux de commande 4 est conçu pour appliquer à l'interrupteur 21 un signal de commande C1 à haute fréquence, c'est-à-dire à au moins 5 kHz, plaçant cet interrupteur 21 alternativement dans un état passant F et dans un état bloqué 0 (figure 2A). Ce circuit d'alimentation est conçu pour être connecté d'une part à une source S de tension alternative V par ses bornes de référence 11 et d'entrée 12, et d'autre part à une charge électrique K par ses bornes de référence 11 et de sortie 14. Grâce à cette structure, la charge électrique K reçoit normalement une tension filtrée qui résulte du découpage de la tension alternative V de la source S par l'interrupteur électronique 21, et du filtrage de cette tension alternative V par le filtre 3. Un tel schéma électronique n'est cependant concrètement applicable qu'à des tensions très basses. En effet, à l'instant où l'interrupteur 21 est placé dans son état bloqué 0, l'énergie emmagasinée dans l'inductance 31 du filtre 3 est déstockée dans cet interrupteur, et la surtension engendrée par l'ouverture du circuit provoque rapidement le claquage de cet interrupteur dès que la tension alternative V atteint une valeur de crête significative. Pour surmonter cette difficulté, le circuit de l'invention comprend une voie de relaxation bidirectionnelle 51, montée entre le noeud intermédiaire 13 et la borne de référence 11, et comprenant un deuxième interrupteur électronique 22. Par ailleurs, le générateur de signaux de commande 4 est conçu pour appliquer à ce deuxième interrupteur 22 un deuxième signal de commande (D2 à haute fréquence, essentiellement en opposition de phase par rapport au signal de commande (D1, et plaçant donc ce deuxième interrupteur 22 alternativement dans un état passant F et dans un état bloqué 0 essentiellement en opposition de phase par rapport à l'interrupteur 21. Ainsi, lorsque l'interrupteur 21 est placé dans son état bloqué 0, l'énergie emmagasinée dans l'inductance 31 du filtre 3 peut en principe être déstockée à travers ce deuxième interrupteur 22 alors placé dans son état passant F, de sorte que la destruction de l'interrupteur 21 peut normalement être évitée. Le générateur de signaux de commande 4 est de préférence conçu pour produire les signaux de commande (D1 et (D2 à une même fréquence fondamentale au moins égale à 10 kHz et par exemple de l'ordre de 20 kHz. En outre, le générateur de signaux de commande 4 est avantageusement conçu pour produire les signaux de commande (D1 et 4.2 avec un rapport cyclique réglable, le réglage de ce rapport cyclique provoquant le réglage de l'amplitude de la tension alternative délivrée à la charge K. En pratique, cependant, ni les interrupteurs électroniques 21 et 22, ni le générateur 4 de signaux de commande ne peuvent aisément être sélectionnés ou conçus de façon telle que les états passants et bloqués des interrupteurs 21 et 22 puissent être commandés exactement en opposition de phase. Or, la présence simultanée des interrupteurs 21 et 22 dans leur état bloqué 0 laisse entier le problème de l'apparition de surtensions, et la présence simultanée des interrupteurs 21 et 22 dans leur état passant F conduit à des surintensités tout aussi gênantes. Pour surmonter cette nouvelle difficulté, l'invention prévoit de décaler légèrement les signaux de commande (D1 et (D2 délivrés par le générateur 4 de manière à placer les interrupteurs 21 et 22 dans leur état passant F toujours à tour de rôle, mais seulement pendant des intervalles de temps disjoints (figures 2A et 2B), et le circuit de l'invention comprend deux autres voies de relaxation 52 et 53 montées entre le noeud intermédiaire 13 et la borne de référence 11, c'est-à-dire à la fois en parallèle entre elles et par rapport à la première voie de relaxation 51. Ces deuxième et troisième voies de relaxation 52 et 53 comprennent des troisième et quatrième interrupteurs électroniques respectifs 23 et 24, et sont polarisées en sens inverse l'une de l'autre, respectivement vers la borne de référence 11 et vers le noeud intermédiaire 13. Par exemple, la deuxième voie de relaxation 52 comprend une diode 520 passante pour un courant circulant du noeud intermédiaire 13 vers la borne de référence 11, et la troisième voie de relaxation 53 comprend une diode 530 passante pour un courant circulant de la borne de référence 11 vers le noeud intermédiaire 13. Par ailleurs, le générateur de signaux 4 est conçu pour appliquer aux interrupteurs 23 et 24 des signaux de commande respectifs (D3 et (D4 synchronisés sur la tension alternative V de la source S et mutuellement en opposition de phase. Plus précisément et comme le montrent les figures 3A et 3B, le signal de commande (D3 place l'interrupteur 23 dans son état bloqué 0 pendant les alternances positives de la tension V et dans son état passant F pendant les alternances négatives de la tension V, alors que le signal de commande c4 place l'interrupteur 24 dans son état passant F pendant les alternances positives de la tension V et dans son état bloqué 0 pendant les alternances négatives de la tension V Grâce à cette structure, les surtensions auxquelles devrait normalement conduire la présence simultanée des interrupteurs 21 et 22 dans leur état bloqué 0 sont, lors des alternances négatives de la tension V, évitées par la fermeture de la voie de relaxation 52 et, lors des alternances positives de la tension V, évitées par la fermeture de la voie de relaxation 53. Comme le montre la figure 1, le filtre de réjection 3, qui est conçu pour rejeter la fréquence fondamentale des signaux de commande c1 et (D2, comprend au moins l'inductance 31 et une capacité 32, l'inductance 31 étant montée entre le noeud intermédiaire 13 et la borne de sortie 14, et la capacité 32 étant montée entre la borne de sortie 14 et la borne de référence 11. REVENDICATIONS. 1. Circuit d'alimentation électrique à découpage haute fréquence comprenant une borne de référence (11), une borne d'entrée (12), une borne de sortie (14), un noeud (13) intermédiaire entre les bornes d'entrée (12) et de sortie (14), un premier interrupteur électronique (21) monté entre la borne d'entrée (12) et le noeud intermédiaire (13), un filtre de réjection (3) interposé entre le noeud intermédiaire (13) et la borne de référence (11) et portant la borne de sortie (14), et un générateur de signaux de commande (4) conçu pour appliquer au premier interrupteur (21) un premier signal de commande (c1) à haute fréquence plaçant ce premier interrupteur (21) alternativement dans un état passant et dans un état bloqué, ce circuit étant conçu pour être connecté, par ses bornes de référence (11) et d'entrée (12), à une source (S) de tension alternative (V), et, par ses bornes de référence (11) et de sortie (14), à une charge électrique (K) qui reçoit ainsi une tension filtrée résultant du découpage et du filtrage de la tension alternative (V) de la source (S), caractérisé en ce qu'il comprend en outre trois voies de relaxation (51, 52, 53) montées en parallèle entre le noeud intermédiaire (13) et la borne de référence (11), en ce que la première voie de relaxation (51) est bidirectionnelle et comprend un deuxième interrupteur électronique (22), en ce que le générateur de signaux de commande (4) est conçu pour appliquer au deuxième interrupteur (22) un deuxième signal de commande (c2) à haute fréquence plaçant ce deuxième interrupteur (22) alternativement dans un état passant (F) et dans un état bloqué (0), les premier et deuxième interrupteurs (21, 22) étant placés dans leur état passant (F) à tour de rôle et pendant des intervalles de temps disjoints, en ce que les deuxième et troisième voies de relaxation (52, 53) comprennent des troisième et quatrième interrupteurs électroniques (23, 24) respectifs et sont polarisées en sens inverse respectivement vers la borne de référence (11) et vers le noeud intermédiaire (13), et en ce que le générateur de signaux (4) est conçu pour appliquer aux troisième et quatrième interrupteurs (23, 24) des troisième et quatrième signaux de commande respectifs (c3, (D4) synchronisés sur la tension alternative (V) de la source (S) et mutuellement en opposition de phase, les troisième et quatrième interrupteurs (23, 24) étant placés dans leur état passant (F) respectivement pendant les alternances négatives et pendant les alternances positives de la tension alternative (V) de la source (S). 2. Circuit d'alimentation électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deuxième et troisième voies de relaxation (52, 53) comprennent respectivement des première et deuxième diodes (520, 530) montées respectivement en série avec les troisième et quatrième interrupteurs (23, 24). 3. Circuit d'alimentation électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre de réjection (3) comprend une inductance (31) montée entre le noeud intermédiaire (13) et la borne de sortie (14), et une capacité (32) montée entre la borne de sortie (14) et la borne de référence (11). 4. Circuit d'alimentation électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur de signaux de commande (4) est conçu pour produire les premier et deuxième signaux de commande (c1, (D2) à une même fréquence fondamentale au moins égale à 10 kHz. 5. Circuit d'alimentation électrique suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le filtre de réjection (3) est conçu pour rejeter la fréquence fondamentale des premier et deuxième signaux de commande ((D1, (D2). 6. Circuit d'alimentation électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur de signaux de commande (4) est conçu pour produire le premier signal de commande ((D1) avec un rapport cyclique réglable.