Brevet FR2959892A1 — publié le 20111111

DOMAINE DE L'INVENTION Le domaine de l'invention est celui des convertisseurs de puissance à découpage disposant d'un circuit d'aide à la commutation (circuit «snubber » selon la terminologie anglo-saxonne) passif et non dissipatif. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION On a représenté sur la figure 1 un convertisseur à découpage disposant d'un transformateur de conversion TRI dont le primaire est en série avec un commutateur MI. Dans un tel convertisseur, le commutateur MI est susceptible de subir lors de sa fermeture des surtensions dues à l'évacuation dans celui-ci de l'énergie emmagasinée dans l'inductance de fuite du primaire du transformateur de conversion TRI. II est connu d'associer un circuit «snubber» d'aide à la commutation au commutateur du convertisseur afin d'absorber cette énergie. La quantité de stress que le commutateur doit supporter étant alors réduite, sa fiabilité est augmentée. On peut notamment utiliser un circuit snubber passif (en ce sens qu'il ne nécessite pas d'élément actif tel qu'un transistor, et est par conséquent limité aux éléments suivants : résistances, condensateurs, inductances et diodes) et non dissipatif (l'énergie absorbée par le snubber n'est pas dissipée dans une résistance, mais est restituée au convertisseur avec seulement quelques pertes). Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le circuit snubber passif et non dissipatif forme un réseau à trois branches comprenant sur une première branche une diode DI, sur une deuxième branche un condensateur Cl et sur une troisième branche une inductance LI en série avec une diode D2. Le fonctionnement de ce snubber est décrit ci-après en relation avec les figures 2a-2c. En utilisation, le condensateur Cl se charge lorsque le commutateur MI est ouvert et l'inductance LI vient limiter la pente du courant de décharge du condensateur Cl lorsque le commutateur MI se ferme Lorsque le commutateur MI est fermé, le primaire du transformateur TRI est parcouru par un courant I (figure 2a). Lorsque le commutateur MI s'ouvre, la présence de l'inductance de fuite au primaire du transformateur TRI empêche le courant de s'annuler instantanément ; l'inductance de fuite va alors se décharger dans le condensateur Cl via la diode DI jusqu'à annulation du courant (figure 2b). Le condensateur Cl va alors rester chargé jusqu'à la fermeture du commutateur MI. Lorsque le commutateur MI se ferme pour alimenter à nouveau le primaire du transformateur TRI, le condensateur Cl va se décharger via le commutateur MI, l'inductance LI et la diode D2 (figure 2c). Le courant dans le condensateur Cl s'interrompt lorsqu'il atteint OA et que la diode D2 se bloque. Le condensateur Cl est alors chargé sous une tension négative et à nouveau prêt pour une nouvelle commutation du commutateur MI. L'inductance LI permet de limiter la pente du courant de décharge du condensateur Cl afin de ne pas trop stresser le commutateur MI lorsqu'il se ferme. L'inductance LI est choisie de sorte que la fréquence de résonance de LI*C1 soit en adéquation avec le rapport cyclique minimum du commutateur MI. On cherche d'une manière générale à améliorer le rendement d'un tel convertisseur EXPOSÉ DE L'INVENTION Dans ce contexte, l'invention propose un convertisseur à découpage comportant un circuit d'aide à la commutation passif et non dissipatif disposant d'une inductance, caractérisé en ce qu'il comporte un transformateur de récupération d'énergie dont le primaire est constitué par l'inductance du circuit d'aide à la commutation. Certains aspects préférés, mais non limitatifs, de ce convertisseur sont les suivants : le transformateur de récupération d'énergie est du type à transmission indirecte ; la sortie du transformateur de récupération d'énergie est raccordée au primaire ou au secondaire du convertisseur ; le circuit d'aide à la commutation comporte un condensateur associé à l'inductance constituant le primaire du transformateur de récupération d'énergie TR2 pour qu'en utilisation le condensateur se charge lorsqu'un commutateur est ouvert et l'inductance est traversée par le courant de décharge du condensateur lorsque le commutateur se ferme. le transformateur de récupération d'énergie est constitué par un tore disposant de deux enroulements ; le convertisseur est du type à transmission indirecte. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels, outre les figures 1 et 2a-2c déjà commentée précédemment : ù la figure 3 représente un mode de réalisation possible d'un convertisseur conforme à l'invention ; les figures 4a et 4b illustrent le fonctionnement du convertisseur de la figure 3. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention propose un convertisseur à découpage disposant d'un transformateur de conversion TRI dont le primaire est en série avec un commutateur MI. Dans le cadre de l'invention, le transformateur de conversion TRI est de préférence un transformateur à transmission indirecte (transformateur « flyback »). II peut également s'agir un transformateur à transmission directe (transformateur « forward »). L'invention propose d'une manière générale d'associer un snubber passif et non dissipatif au convertisseur à découpage et de venir récupérer l'énergie emmagasinée par l'inductance de fuite du primaire du transformateur de conversion. Plus précisément, il s'agit de venir récupérer, au niveau d'une inductance LI du circuit snubber, l'énergie déchargée par un condensateur Cl du circuit snubber ayant précédemment récolté l'énergie emmagasinée par l'inductance de fuite du primaire du transformateur de conversion. Comme représenté sur la figure 3, l'invention propose d'adjoindre un transformateur supplémentaire TR2 (dit de récupération d'énergie) au circuit snubber, l'inductance LI du circuit snubber constituant le primaire dudit transformateur de récupération d'énergie TR2. Là où dans le circuit de la figure 1, l'inductance LI peut être réalisée par un bobinage enroulé sur un tore, le transformateur TR2 peut être réalisée de manière particulièrement simple en venant rajouter un enroulement à un tel tore. Le transformateur de récupération d'énergie TR2 fonctionne comme un convertisseur à transmission indirecte (« flyback ») dont la sortie peut notamment être réinjectée sur le réseau primaire ou le réseau secondaire du convertisseur à découpage grâce à l'isolement galvanique entre le primaire et le secondaire du transformateur de récupération d'énergie TR2. Le principe de fonctionnement du transformateur de la figure 3 est le suivant. Lorsque le commutateur MI est fermé, le fonctionnement est similaire à celui du convertisseur de la figure 1 tel qu'exposé en relation avec la figure 2a. Lorsque le commutateur MI s'ouvre, le fonctionnement est similaire à celui du convertisseur de la figure 1 tel qu'exposé en relation avec la figure 2b. Lorsque le commutateur MI est ensuite fermé pour alimenter à nouveau le primaire du transformateur de conversion TRI (figure 4a), le condensateur Cl se décharge via le commutateur MI, l'inductance constituant le primaire du transformateur de récupération d'énergie TR2 et la diode D2. L'inductance constituant le primaire du transformateur de récupération d'énergie TR2 permet de limiter la pente du courant de décharge du condensateur Cl afin de ne pas trop stresser M1 lorsqu'il se ferme. Par ailleurs, l'inductance constituant le primaire du transformateur de récupération d'énergie TR2 est alors traversée par un courant (courant de décharge du condensateur Cl) suite à la fermeture du commutateur M1. Ceci entraîne une augmentation du flux magnétique dans le transformateur de récupération d'énergie TR2. L'inductance constituant le primaire du transformateur de récupération d'énergie TR2 est calculée et choisie de sorte que la fréquence de résonance de TR2*C1 soit en adéquation avec le rapport cyclique de commutation minimum du commutateur M1. Le courant dans le condensateur Cl s'interrompt lorsqu'il atteint OA et que la diode D2 se bloque. Lorsque la diode D2 se bloque (figure 4b), le transformateur de récupération d'énergie TR2, ici monté en flyback, transmet son énergie au secondaire : le condensateur C2 se charge via la diode D3. Compte tenu de l'isolement galvanique entre les enroulements primaire et secondaire du transformateur TR2, le condensateur C2 peut être raccordé au choix au réseau primaire ou secondaire du transformateur TRI. L'inductance constituant le primaire du transformateur de récupération d'énergie TR2 est calculée et choisie de sorte que la fréquence de résonance de TR2*Cl soit en adéquation avec la rapport cyclique de commutation minimum du commutateur M1. L'inductance constituant le secondaire du transformateur TR2 doit quant à elle être choisie en fonction de l'énergie à transmettre en fonction du niveau de tension sur lequel on fait débiter le condensateur C2. Le temps maximum autorisé pour la décharge du secondaire du transformateur TR2 est égal à la période de commutation du commutateur M1. A titre d'exemple illustratif de l'intérêt de l'invention, on a pu constater sur un convertisseur 100W alimenté par une tension d'entrée de 300Vdc une récupération de puissance d'environ 7W, soit un gain de l'ordre de 7% sur le rendement du convertisseur. On aura compris que l'invention n'est pas limitée au circuit snubber illustré, mais s'étend notamment à tout circuit snubber passif et non dissipatif dans lequel une inductance est traversée par un courant de décharge d'un condensateur ayant précédemment récolté l'énergie emmagasinée par l'inductance de fuite du primaire du transformateur de conversion. REVENDICATIONS1. Convertisseur à découpage comportant un circuit d'aide à la commutation passif et non dissipatif (LI, Cl, D1, D2) disposant d'une inductance (LI), caractérisé en ce qu'il comporte un transformateur de récupération d'énergie (TR2) dont le primaire est constitué par l'inductance du circuit d'aide à la commutation. 2. Convertisseur à découpage selon la revendication 1, dans lequel le transformateur de récupération d'énergie est du type à transmission indirecte. 3. Convertisseur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la sortie du transformateur de récupération d'énergie est raccordée au primaire ou au secondaire du convertisseur. 4. Convertisseur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit d'aide à la commutation comporte un condensateur (Cl) associé à l'inductance (LI) constituant le primaire du transformateur de récupération d'énergie TR2 pour qu'en utilisation le condensateur se charge lorsqu'un commutateur (MI) est ouvert et l'inductance (LI) est traversée par le courant de décharge du condensateur lorsque le commutateur se ferme. 5. Convertisseur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le transformateur de récupération d'énergie est constitué par un tore disposant de deux enroulements. 6. Convertisseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est du type à transmission indirecte.30