Brevet FR2982095A1 — publié le 20130503

CFR0488 TEXTE Procédé de contrôle d'un courant de sortie d'un convertisseur de tension L'invention concerne un procédé de contrôle d'un courant de sortie d'un convertisseur de tension et un convertisseur de tension comprenant une unité de contrôle destinée à mettre en oeuvre le procédé. On connaît des convertisseurs de tension permettant de convertir une tension d'entrée en une nouvelle tension. La figure 1 présente un exemple de convertisseur de tension 10. Typiquement, un convertisseur de tension 10 comprend au moins une inductance 11, un interrupteur 12 et une source de tension 14. Une diode 16 peut- être sur une branche parallèle à l'interrupteur 12. L'exemple de convertisseur en figure 1 est un convertisseur élévateur 10 permettant de délivrer une tension supérieure à la tension de la source de tension 14. Dans le cadre de la présente demande, un interrupteur est dit fermé lorsqu'il laisse passer le courant. Il est connu de commander un convertisseur de tension par une modulation de largeur d'impulsion (MLI ou PWM pour « pulse width modulation » en anglais) de l'interrupteur. La durée de fermeture de l'interrupteur sur une période de découpage détermine la tension de sortie du convertisseur. On peut chercher à contrôler le convertisseur de tension à partir du courant délivré en sortie. Ceci est en particulier le cas lorsque le convertisseur est connecté à une batterie 17 à sa sortie. La batterie 17 est alors chargée à partir de la tension délivrée par le convertisseur de tension 10. Pour préserver la durée de vie de la batterie, on s'assure que pendant la charge le courant reçu par la batterie, c'est-à-dire le courant délivré par le convertisseur, est égal à un courant de consigne. Typiquement, le courant de sortie du convertisseur est déterminé à l'aide d'un shunt 18 positionné sur le bras recevant l'interrupteur 12. Il est connu de comparer la valeur moyenne du courant de sortie délivré par le convertisseur avec le courant de consigne. La valeur moyenne est obtenue sur plusieurs périodes de découpage. Le courant moyen obtenu est précis, cependant la durée d'intégration ralentie le contrôle de la modulation par largeur d'impulsion. Il est également connu de faire un contrôle par courant crête, c'est-à-dire en comparant le courant de sortie instantané avec le courant de consigne. Cette utilisation du courant de sortie instantané a l'avantage d'accélérer le contrôle de la modulation par largeur d'impulsion car la comparaison est réalisée sur une période CFR0488 TEXTE de découpage. Cependant, on ne contrôle pas la valeur moyenne du courant délivré sur plusieurs périodes de découpage. Ceci sera mieux compris en faisant référence à la figure 2. La figure 2 montre l'évolution au cours du temps du courant de sortie pour deux valeurs AV1, AV2 de différence entre les tensions d'entrée et de sortie du convertisseur. La pente du courant de sortie est fonction des tensions d'entrée et de sortie du convertisseur. Ainsi, pour une première valeur AV1 de différence entre les tensions d'entrée et de sortie du convertisseur, le courant moyen sur plusieurs périodes de découpage est égal à une première valeur Imoyl . Pour une seconde valeur AV2, le courant moyen 10 sur plusieurs périodes de découpage est égal à une deuxième valeur Imoy2. La différence entre les tensions d'entrée et de sortie du convertisseur pouvant varier au cours de l'utilisation du convertisseur, on ne maîtrise pas le courant de sortie moyen. Il est donc recherché un procédé de contrôle d'un convertisseur de tension permettant de contrôler le courant de sortie moyen tout en étant rapide. 15 A cet effet, il est proposé un procédé de contrôle d'un courant de sortie d'un convertisseur de tension par modulation de largeur d'impulsion d'au moins un interrupteur suivant une période de découpage, ledit procédé comprenant, sur la période de découpage, les étapes consistant à : -lorsque l'interrupteur est fermé, déterminer une première durée pendant 20 laquelle un courant de sortie Imes du convertisseur est inférieur à un courant de consigne Icons ; -lorsque le courant de sortie devient égal au courant de consigne, maintenir l'interrupteur fermé pendant une seconde durée; -ouvrir l'interrupteur lorsque la seconde durée est écoulée. Lorsque le courant de sortie atteint le courant de consigne, on applique la 25 seconde durée à l'interrupteur. Ainsi, la durée totale de fermeture de l'interrupteur sur une période de découpage est égale à la somme des première et seconde durées. En appliquant la seconde durée de fermeture à l'interrupteur, on peut facilement contrôler la valeur moyenne du courant de sortie du convertisseur. Dans les procédés de l'art antérieur utilisant une comparaison du courant 30 instantané avec un courant de consigne, l'interrupteur est ouvert lorsque le courant de sortie devient égal au courant de consigne. Dans le procédé selon l'invention, l'interrupteur reste fermé pendant une durée supplémentaire correspondant à la seconde durée. CFR0488 TEXTE En outre, dans les procédés de l'art antérieur utilisant une comparaison de la valeur moyenne du courant, le courant de sortie moyen est déterminé sur plusieurs périodes de découpage. Dans le procédé selon l'invention, le courant de sortie moyen est déterminé sur une période de découpage. En particulier, la seconde durée peut être fonction de la première durée. Ainsi, la valeur moyenne du courant est fonction du courant de consigne. Selon un mode de réalisation, la seconde durée est égale à la première durée. Ainsi, la valeur moyenne du courant de sortie sur une période de découpage est égale au courant de consigne. La valeur moyenne du courant de sortie sur plusieurs périodes de découpage est donc aussi égale au courant de consigne. Le procédé permet d'obtenir un courant de sortie moyen égal au courant de consigne de façon rapide et simple. Lors d'une période de découpage, l'interrupteur est fermé pendant les première et seconde durées et est ouvert sur la durée restante de la période de découpage. Selon un mode de réalisation, la comparaison entre le courant de sortie et le courant de consigne comprend la détermination de la différence c entre le courant de sortie et le courant de consigne. Selon une variante de ce mode de réalisation, la détermination de la différence E entre le courant de sortie et le courant de consigne comprend la prise en compte d'un gain de mesure de courant et d'un gain de comparaison entre le courant de sortie et le courant de consigne. Ainsi, on peut compenser les erreurs statiques liées par exemple aux mesures du courant de sortie ou du courant de consigne, ou celles liées à des appareils comparant les courants de sortie et de consigne. Ceci permet d'améliorer la précision du contrôle du courant de sortie du convertisseur. Selon un exemple particulier de cette variante, la différence c entre le courant de sortie 'mes et le courant de consigne est donnée par l'expression : Vont -Vin où Iconsmes + Gmes X Kpwm V't est la tension délivrée par le convertisseur ; Vin est la tension d'entrée du convertisseur ; Gmes est un gain de mesure de courant ; et Kpwm est une impédance de comparaison. Selon un exemple particulier de cette variante, la tension V't délivrée par le CFR0488 TEXTE convertisseur, la tension d'entrée Vin du convertisseur, le gain Gmes de mesure de courant, l'impédance Kpwm de comparaison, une inductance L du convertisseur et la période T de découpage respectent la relation suivante : x V inMAX Gmes x T Vo, outMAX L'invention concerne également un convertisseur de tension par modulation de largeur d'impulsion d'un interrupteur suivant une période de découpage comprenant une unité de contrôle destinée à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Selon un mode de réalisation du convertisseur de tension, l'unité de contrôle comprend un amplificateur opérationnel ayant une entrée non inverseuse connectée à une première branche de résistances en parallèle et une entrée inverseuse connectée à une seconde branche de résistances en parallèle, la première branche ayant au moins trois résistances en parallèle ayant respectivement une première valeur RO, une seconde valeur R1 et une troisième valeur R2, la seconde branche ayant au moins trois résistances en parallèle, ayant respectivement ladite première valeur RO, une quatrième valeur R3 et une cinquième valeur R4 ; et une unité maintenant l'interrupteur 22 ouvert pendant la seconde durée. Selon une variante de ce mode de réalisation du convertisseur de tension, une des résistances de la seconde branche est connectée à un générateur de dent de scie déterminant ladite période de découpage, ledit générateur comprenant une capacité C et une résistance R, et le gain de comparaison Kpwm, les valeurs RO, R1, R2, R4 des résistances et la période de découpage T respectent la relation suivante : = K= R4 K 2R3 KCR où Ro 2R0 2R0 T K est une impédance sur les tensions d'entrée Vin et de sortie V't. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple, et en référence aux figures annexées qui montrent : 30 - figure 1, déjà décrite, un exemple de convertisseur de tension selon l'art antérieur ; Kpwm Kpwm CFR0488 TEXTE - figure 2, déjà décrite, un schéma expliquant la variation de la pente du courant en fonction des tensions d'entrée et de sortie d'un convertisseur ; - figure 3, présente un convertisseur de tension selon un mode de réalisation de l'invention ; - figure 4, un schéma explicatif d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention ; - figure 5, une modélisation d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention ; - figure 6, un exemple d'unité de contrôle d'un convertisseur selon un mode de réalisation de l'invention. Le procédé selon l'invention permet de contrôler le courant de sortie d'un convertisseur de tension commandé par modulation de largeur d'impulsion. La figure 3 présente un exemple de convertisseur de tension 20. En particulier, le convertisseur 20 peut comprendre au moins une source de tension 24, une inductance 21, une diode 26, un interrupteur 22. La durée de fermeture de l'interrupteur 22 dans une période de découpage T détermine au moins en partie la tension délivrée par le convertisseur 20. Le courant de sortie du convertisseur est par exemple déterminé à l'aide d'un shunt 28 positionné sur le bras recevant l'interrupteur 22. Le procédé selon l'invention sera mieux décrit en faisant référence à la figure 4. Sur un premier graphe, la figure 4 présente les évolutions sur plusieurs périodes de découpage d'un courant de sortie Imes du convertisseur 20, d'un courant de consigne Icons, et d'un courant IL parcourant l'inductance 21, ainsi que l'état d'une comparaison du courant de sortie Imes du convertisseur 20 et du courant de consigne Icons- Par exemple, un état 1 indique que le courant de sortie Imes du convertisseur 20 est inférieur au courant de consigne Icons ; et un état 0 indique que la comparaison est désactivée. Un deuxième graphe montre l'état de l'interrupteur 22 du convertisseur 20. Par exemple, l'état 1 indique que l'interrupteur 22 est fermé et l'état 0 indique que l'interrupteur 22 est ouvert. Le procédé peut comprendre une étape consistant à fermer l'interrupteur 22 à l'instant tn, tF2, tF3, tF4 correspondant au début d'une période de découpage T. L'état de l'interrupteur 22 est alors à 1. Le courant de sortie Imes correspond au courant IL CFR0488 TEXTE parcourant l'inductance L reçu par l'intermédiaire de l'interrupteur 22. Par exemple, le courant de sortie Imes du convertisseur 20 est inférieur au courant de consigne Icons et augmente linéairement suivant une pente. L'état de comparaison est alors égal à 1. Sur la période de découpage T, le procédé comprend la détermination d'une première durée t11, t12, t13, t14 pendant laquelle le courant de sortie Les est inférieur au courant de consigne 'cons. Le procédé comprend ensuite le maintien de l'interrupteur 22 à un état fermé pendant une seconde durée t21, t22, t23, t24, lorsque le courant de sortie Imes devient égal au courant de consigne Icons. En particulier, le courant de sortie Imes devient égal au courant de consigne Icons au terme de la première durée t11, t12, t13, t14. Il s'en suit par exemple que l'état de la comparaison devient alors égal à 0. Dans un procédé de contrôle par courant crête de l'art antérieur, l'interrupteur 12 est alors ouvert. Au contraire, dans le procédé selon l'invention, on maintient l'interrupteur 22 fermé pendant la seconde durée t21, t22, t23, t24. Ainsi sur une période de découpage T, l'interrupteur 22 est fermé pendant une durée égale à la somme de la première et la seconde durée. En appliquant la seconde durée t21, t22, t23, t24 de fermeture, on contrôle la valeur moyenne du courant de sortie Imes sur une période de découpage T. Ainsi, le courant de sortie peut être contrôlé de façon simple. En particulier, lorsque la seconde durée t21, t22, t23, t24 est fonction de la première durée t11, t12, t13, t14, on obtient une valeur moyenne fonction de la valeur du courant de consigne Icons. Dans un exemple particulier, la seconde durée t21, t22, t23, t24 est égale à la première durée t11, t12, t13, t14, on obtient alors une valeur moyenne du courant de sortie Imes égale au courant de consigne Icons. Le courant de sortie moyen est donc contrôlé de façon simple sans utiliser un intégrateur. Le procédé comprend l'ouverture de l'interrupteur 22 lorsque la seconde durée t21, t22, t23, t24 est écoulée, c'est-à-dire une fois la valeur moyenne recherchée du courant de sortie Imes est obtenue. L'état de l'interrupteur passe à 0. Le procédé peut comprendre le maintien de l'interrupteur 22 à l'état ouvert pendant le temps restant de la période de découpage T. Le courant de sortie Imes est alors égal à zéro et le courant IL parcourant l'inductance 21 diminue progressivement en passant par la diode 26. A la fin de la période de découpage, la comparaison peut être réactivée. Selon un mode de réalisation, la comparaison entre le courant de sortie Imes et CFR0488 TEXTE le courant de consigne Imis comprend la détermination de la différence c entre le courant de sortie Les et le courant de consigne Lis. En particulier, la détermination de la différence c entre le courant de sortie Les et le courant de consigne Imis comprend la prise en compte d'un gain de mesure de courant et d'une impédance de comparaison entre le courant de sortie 'mes et le courant de consigne Lis. Ceci sera mieux compris en faisant référence à la figure 5 qui montre un schéma synoptique décrivant une modélisation du contrôle du courant de sortie du convertisseur par modulation de largeur d'impulsion. La comparaison entre le courant de sortie Les et le courant de consigne Ions peut comprendre dans une étape 32 la détermination d'une différence c entre le courant de sortie Les et le courant de consigne Lis. Dans une étape 34, la différence c est multipliée par un gain de mesure de courant Gmes et un rapport entre l'impédance de comparaison Kpwm et la tension de sortie V't pour délivrer un rapport cyclique a. Le rapport cyclique a est défini comme le rapport entre la première durée t1 et la période de découpage T. Dans une étape 36, le courant de sortie 'mes est déterminé à partir du rapport cyclique a multiplié par un terme dépendant des caractéristiques de l'inductance L. Par exemple, ce terme est égal au rapport entre la tension de sortie V't et la somme de l'inductance L et de sa résistance interne RL. Or, le contrôle du courant de sortie du convertisseur par modulation de largeur d'impulsion comporte une erreur statique liée par exemple aux tensions d'entrée Vin, et de sortie V't , à la tension VL de l'inductance 21, aux gains de mesure Gmes et à l'impédance de comparaison Kpwm. Sur la figure 4, cette erreur statique est représentée par une étape 30 dans laquelle un terme A est additionné au courant de - Vou, + V/ i où 25 consigne 'cons. La terme A est donné par l'expression A = Vn ou VL est la Gmes x K in tension de l'inductance 21 qui peut être positive ou négative. Pour prendre en compte cette erreur statique, l'étape 30 peut comprendre la soustraction d'un terme B du courant de consigne Dons afin de compenser l'erreur -V statique. Le terme B est donné par l'expression B = Vin out . La tension VL de Gmes x K m 30 l'inductance 21 n'est pas prise en compte pour simplifier le procédé de contrôle. Grâce à la compensation, le procédé de contrôle du courant de sortie est plus précis. CFR0488 TEXTE En outre, la tension V't délivrée par le convertisseur 20, la tension d'entrée Vin du convertisseur, le gain Gmes de mesure de courant, l'impédance Kpwm de comparaison, l'inductance L et la période T de découpage peuvent respecter la relation suivante : x V inMAX K pwin L'entrée inverseuse de l'amplificateur 300 peut être connectée à une seconde branche de résistances en parallèle. La seconde branche peut comprendre trois résistances en parallèle ayant respectivement la première valeur RO, une troisième valeur R4 et une cinquième valeur R5. Par exemple, la résistance RO est reliée au courant de sortie 'mes, la résistance R3 est reliée à un générateur de dent de scie 302, alimentée par une tension V, déterminant la période de découpage T, et la résistance R4 est reliée à la tension d'entrée Vin. En particulier, la résistance RO peut recevoir CFR0488 TEXTE un signal Gmes x Les prenant en compte le gain de mesure Gmes, et la résistance R4 peut recevoir un signal 2 prenant en compte l'impédance K de mesure de tension. L'unité de contrôle 30 peut en outre comprendre une unité 304 maintenant l'interrupteur 22 ouvert pendant la seconde durée t21, t22, t23, t24. Le générateur de dent de scie 302 peut comprendre une capacité C et une résistance R. Par exemple, le générateur de dent de scie 302 est un système de charge-décharge du condensateur C par la tension de sortie V't reçue par l'intermédiaire de la résistance R. Un interrupteur 308 peut commander la charge-décharge du condensateur C. L'unité de contrôle 300 peut être configurée pour compenser les erreurs statiques telles que décrites précédemment. A cet effet, l'unité de contrôle peut être telle que le gain de comparaison Kpwm, les valeurs RO, R1, R2, R4 des résistances et la période de découpage T respectent la relation suivante : K R4 K ou _2R3 KCR , K pwin R0 2R0 2R0 T K est une constante, telle qu'une impédance sur les tensions d'entrée Vin et de sortie VOLA. Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits. Ainsi, l'invention a été décrite avec un convertisseur élévateur. Cependant, le convertisseur peut être tout autre type de convertisseur de tension, tel que par exemple un convertisseur de tension abaisseur, élévateur-abaisseur, ou un convertisseur alternatif-continu. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle d'un courant de sortie d'un convertisseur de tension par modulation de largeur d'impulsion d'au moins un interrupteur suivant une période de découpage T, ledit procédé comprenant, sur la période de découpage T, les étapes consistant à : -lorsque l'interrupteur est fermé, déterminer une première durée t11, t12, t13, t14 pendant laquelle un courant de sortie Imes du convertisseur est inférieur à un courant de consigne 'cons ; -lorsque le courant de sortie Imes devient égal au courant de consigne maintenir l'interrupteur fermé pendant une seconde durée t21, t22, t23, t24; -ouvrir l'interrupteur lorsque la seconde durée t21, t22, t23, t24 est écoulée. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la seconde durée t21, t22, t23, t24 est égale à la première durée t11, t12, t13, t14. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la comparaison entre le courant de sortie Imes et le courant de consigne 'cons comprend la détermination de la différence c entre le courant de sortie Imes et le courant de consigne 'cons. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la détermination de la différence c entre le courant de sortie Imes et le courant de consigne Icons comprend la prise en compte d'un gain de mesure de courant et d'une impédance de comparaison entre le courant de sortie Imes et le courant de consigne 'cons. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la différence c entre le courant de sortie Imes et le courant de consigne Ions est donnée par l'expression : e =Icons -Imes G x K mes pwm V0 est la tension délivrée par le convertisseur ; V,' -Vont oùCFR0488 TEXTE Vin est la tension d'entrée du convertisseur ; Gmes est un gain de mesure de courant ; et Kpwm est une impédance de comparaison. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la tension V't délivrée par le convertisseur, la tension d'entrée Vin du convertisseur, le gain Gmes de mesure de courant, le gain Kpwm de comparaison, une inductance L du convertisseur et la période T de découpage respectent la relation suivante : L Kpwm 7. Convertisseur de tension par modulation de largeur d'impulsion d'un interrupteur suivant une période de découpage T comprenant une unité de contrôle destinée à mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 6. 8. Convertisseur de tension selon la revendication 7, dans lequel l'unité de contrôle comprend un amplificateur opérationnel ayant une entrée non inverseuse connectée à une première branche de résistances en parallèle et une entrée inverseuse connectée à une seconde branche de résistances en parallèle, la première branche ayant au moins trois résistances en parallèle ayant respectivement une première valeur RO, une seconde valeur R1 et une troisième valeur R2, la seconde branche ayant au moins trois résistances en parallèle, ayant respectivement ladite première valeur RO, une quatrième valeur R3 et une cinquième valeur R4 ; et une unité maintenant l'interrupteur 22 ouvert pendant la seconde durée t21, t22, t23, t24. 9. Convertisseur selon la revendication 8 lorsqu'elle dépend de la revendication 5, dans lequel l'une des résistances de la seconde branche est connectée à un générateur de dent de scie déterminant ladite période deCFR0488 TEXTE découpage T, ledit générateur comprenant une capacité C et une résistance R, et dans lequel le gain de comparaison Kpwm, les valeurs RO, R1, R2, R4 des résistances et la période de découpage T respectent la relation suivante : _ K R4 K 2R3 KCR où K pwin Ro 2R0 2R0 T K est une impédance sur les tensions d'entrée Vin et de sortie V't.