Brevet FR3007228A1 — publié le 20141219

Procédé et dispositif de régulation d'un convertisseur à résonance à PFC. La présente invention concerne un procédé de régulation d'un convertisseur à résonance à PFC (Power-Factor5 Correction), que l'on fait fonctionner à une fréquence de commutation et à une tension de circuit intermédiaire, la tension ou la puissance de sortie pouvant, en tant que grandeur réglée, être modifiée par les grandeurs réglantes fréquence de commutation et tension de circuit 10 intermédiaire. L'invention concerne en outre un dispositif de régulation d'un convertisseur à résonance à PFC, que l'on fait fonctionner à une fréquence de commutation et à une tension de circuit intermédiaire, la tension ou la 15 puissance de sortie pouvant, en tant que grandeur réglée, être modifiée par les grandeurs réglantes fréquence de commutation et tension de circuit intermédiaire. Dans le domaine des alimentations en courant, les convertisseurs à résonance à PFC représentent une 20 topologie répandue pour des transmissions de puissance par conduction ou par induction. On fait fonctionner des convertisseurs à résonance à une fréquence de commutation, qui se trouve aussi près que possible au dessus de leurs points de résonance respectifs, pour 25 obtenir un retard de phase du courant par rapport à la tension. Si l'on élève la fréquence, la tension de sortie ou la puissance cédée diminue au fur et à mesure que l'on s'éloigne du point de résonance. En liaison avec une unité PFC (Power-Factor-Correction) montée en amont et à tension de sortie réglable, il est possible de faire varier, dans certaines limites, la tension d'entrée du convertisseur à résonance, c'est-à- dire la tension de circuit intermédiaire produite par le PFC. Il se crée ainsi une autre possibilité d'influencer la tension de sortie ou la puissance de sortie de la partie du réseau. L'invention vise un procédé de régulation d'un convertisseur à résonance à PFC, qui rend possible un agrandissement de la plage pouvant être obtenue de la tension ou de la puissance de sortie régulée du convertisseur à résonance à PFC. L'invention vise aussi un dispositif de régulation de type mentionné ci-dessus, qui rend possible un agrandissement de la plage pouvant être obtenue de la puissance ou de la tension de sortie régulée du convertisseur à résonance à PFC. On y parvient par un procédé de régulation d'un convertisseur à résonance à PFC, que l'on fait fonctionner à une fréquence de commutation et à une tension de circuit intermédiaire, la tension ou la puissance de sortie pouvant, en tant que grandeur réglée, être modifiée par les grandeurs réglantes fréquence de commutation et tension de circuit intermédiaire, caractérisé en ce que l'on agrandit la plage utile de la grandeur réglée, par la combinaison des deux grandeurs réglantes, en fixant l'une des deux grandeurs réglantes comme grandeur réglante principale et l'autre des deux grandeurs réglantes comme grandeur réglante auxiliaire. Dans un mode de réalisation avantageux l'on contrôle un dépassement par le haut de la valeur admissible au maximum et un dépassement par le bas de la valeur admissible au minimum de la grandeur réglante principale, et l'on ne fait varier la grandeur réglante auxiliaire que si la grandeur réglante se trouve au-delà des limites admissibles de la grandeur réglante principale. Comme la grandeur réglante tension de circuit intermédiaire influence la grandeur réglée d'une façon agissant proportionnellement positivement et la grandeur réglante fréquence de commutation influence la grandeur réglée d'une façon agissant proportionnellement négativement, il s'effectue, suivant l'affectation de la grandeur réglante principale et de la grandeur réglante auxiliaire, en partant d'un régleur primaire, un passage correct en signe de la grandeur réglante agissant proportionnellement positivement à la grandeur réglante agissant proportionnellement négativement ou dans l'ordre inverse. Il est particulièrement avantageux d'envoyer à un régleur 1 primaire, pour la grandeur réglée, une valeur de consigne, qui en produit une grandeur réglante, laquelle est subdivisée ensuite dans une unité en la grandeur réglante principale et en la grandeur réglante auxiliaire. Suivant un autre mode de réalisation avantageux, l'on choisit un facteur d'amplification d'au moins l'une des grandeurs réglantes, de manière à ce que l'influence de la grandeur réglante auxiliaire sur la grandeur réglée soit constamment aussi forte que l'effet de la grandeur réglante principale sur la grandeur réglée. En cas de besoin, on utilise un filtre pour rapprocher le comportement dynamique des sous-sections en technique de régulation de la grandeur réglante principale de la grandeur réglée et de la grandeur réglante auxiliaire de la grandeur réglée, dans le but de la similitude du comportement du point de vue du régleur primaire. L'invention vise aussi un dispositif de régulation d'un convertisseur à résonance à PEC, que l'on fait fonctionner à une fréquence de commutation et à une tension de circuit intermédiaire, la tension ou la puissance de sortie pouvant, en tant que grandeur réglée, être modifiée par les grandeurs réglantes fréquence de commutation et tension de circuit intermédiaire, caractérisé en ce que la plage utile de la grandeur réglée peut être agrandie par la combinaison de deux grandeurs réglantes et par la fixation de l'une des deux grandeurs réglantes comme grandeur réglante principale et de l'autre des deux grandeurs réglantes comme grandeur réglante auxiliaire. De préférence : le dispositif de régulation suivant l'invention a un régleur primaire, qui, à partir d'une valeur de consigne entrée pour la grandeur réglée, produit une grandeur réglante, et auquel fait suite une unité, qui sert à la subdivision de la grandeur réglante en la grandeur réglante principale et en la grandeur réglante auxiliaire, le dispositif de régulation suivant l'invention a un élément de limitation, pour le contrôle du dépassement par le haut de la valeur admissible au maximum et du 30 dépassement par le bas de la valeur admissible au minimum, de la grandeur réglante principale, pour n'autoriser une variation de la grandeur réglante auxiliaire que si la grandeur réglante se trouve au-delà des limites admissibles de la grandeur réglante principale, - le dispositif de régulation suivant l'invention a un élément de transfert, dans au moins l'une des sous-sections en technique de régulation, de la grandeur réglante principale à la grandeur réglée et de la grandeur réglante auxiliaire à la grandeur réglée, l'élément de transfert servant à ce que, suivant l'affectation de la grandeur réglante principale et auxiliaire, il s'effectue un passage correct en signe de la grandeur réglante agissant proportionnellement positivement à la grandeur réglante agissant proportionnellement négativement. l'élément de transfert sert à choisir un facteur d'amplification d'au moins l'une des grandeurs réglantes, de manière à ce que l'influence de la grandeur réglante auxiliaire sur la grandeur réglée soit constamment la même que l'effet de la grandeur réglante principale sur la grandeur réglée. Un exemple de réalisation de l'invention sera explicité 25 d'une manière plus précise dans ce qui suit, à l'aide d'un dessin dans lequel : la figure 1 représente une structure d'un circuit de régulation avec subdivision en une grandeur réglante principale et en une grandeur 30 réglante auxiliaire selon le procédé suivant l'invention, la figure 2 représente une structure agrandie d'un circuit de régulation avec subdivision en une grandeur réglante principale et en une grandeur réglante auxiliaire selon le procédé suivant l'invention, la figure 3 représente une structure de base pour la subdivision de la grandeur réglante en une grandeur réglante principale et en une grandeur réglante auxiliaire, la figure 4 représente un premier exemple d'affectation d'une grandeur réglée à une grandeur réglante principale et à une grandeur réglante auxiliaire, la figure 5 représente un deuxième exemple d'affectation d'une grandeur réglée à une grandeur réglante principale et à une grandeur réglante auxiliaire, la figure 6 représente la mise en oeuvre de la subdivision pour une grandeur réglante principale agissant proportionnellement positivement et pour une grandeur réglante auxiliaire agissant négativement, la figure 7 représente une mise en oeuvre de la subdivision pour une grandeur réglante principale agissant proportionnellement négativement et pour une grandeur réglante auxiliaire agissant proportionnellement positivement, la figure 8 représente la variation dans le temps de la grandeur réglée ainsi que d'une grandeur réglante principale limitée des deux côtés et d'une grandeur réglante auxiliaire agissant proportionnellement négativement à limitation vers le haut et la figure 9 représente un exemple d'un circuit de régulation complet d'un convertisseur à résonance ayant une grandeur réglante principale agissant proportionnellement positivement. La figure 1 représente une structure du circuit de régulation avec subdivision en grandeur réglante principale et en grandeur réglante auxiliaire selon le procédé suivant l'invention pour un convertisseur à résonance à PFC, que l'on fait fonctionner à une fréquence fw de commutation et à une tension Upfc de circuit intermédiaire, la tension de sortie ou la puissance de sortie pouvant être modifiée en tant que grandeur X réglée par les grandeurs réglantes fréquence fw de commutation et tension Upfc de circuit intermédiaire. Suivant cette structure, on entre, pour modifier la grandeur X réglée sur un régleur 1 primaire, une valeur Xsoll de consigne. Le régleur 1 primaire en détermine une grandeur S réglée, qui est subdivisée, dans une unité 2 venant ensuite, en une grandeur S1 réglante principale et en une grandeur S2 réglante auxiliaire, par lesquelles on alimente le convertisseur à résonance à PFC 3. Entre la sortie du convertisseur 3 à résonance et l'entrée du régleur 1 primaire, il y a une rétroaction en soi connue. Comme la grandeur X réglée peut être influencée par variation des deux grandeurs, les affectations suivantes sont possibles : S1=fw , S2= Upfc et S1=Upfc , S2=fw. Suivant la présente invention, on agrandit la plage utile de la grandeur X réglée en combinant les deux grandeurs Si et S2 réglantes. Si, en fonctionnement courant, la grandeur S1 réglante principale bute sur l'une de ses 5 limites Slmax, Slmin définies au préalable, on fait varier la grandeur S2 réglante auxiliaire sinon constante, d'une manière appropriée, pour atteindre le but de régulation. On peut mettre en oeuvre la mise en équation proposée tant d'une manière purement matérielle 10 par des circuits analogiques, qu'également d'une manière mixte ou d'une manière purement logicielle. Le cas échéant, on peut insérer encore une régulation sous-jacente pour les grandeurs S1 et/ou S2. La structure de circuit de régulation s'agrandit ainsi suivant la 15 figure 2, de respectivement un régleur 4 secondaire, dans les branches en technique de régulation, pour la grandeur S1 réglante principale et pour la grandeur S2 réglante auxiliaire, si par exemple la régulation de la tension Upfc de circuit intermédiaire ne fait pas partie du 20 convertisseur 3 à résonance. On prescrit, à l'un des deux régleurs 4 secondaires, la valeur Slsoll de consigne et à l'autre la valeur S2soll de consigne. Il apparaît, à la sortie du convertisseur de résonance à PFC 3, les deux valeurs Slist et S2ist réelles, qui sont retournées à 25 l'entrée du régleur 4 secondaire respectif. Un autre cas d'application de cette structure est l'utilisation d'une autre grandeur intermédiaire régulée, pour influer sur la grandeur X de sortie. On peut ainsi, par exemple, à une fréquence de résonance variable, par 30 l'insertion d'une régulation sous-jacente de la position en phase entre le courant de sortie et la tension de sortie du convertisseur à résonance à PFC 3, simplifier la conception du régleur 1 primaire, par la grandeur réglante fréquence fw de commutation. On peut en même temps mettre en oeuvre, en choisissant des limitations (phase accessible minimum), des exigences de sécurité, 5 indépendamment de la position du point de résonance. Pour l'affectation de la grandeur S1 réglante principale et de la grandeur S2 réglante auxiliaire, les possibilités données jusqu'ici s'étendent dans ce cas à des variantes, dans lesquelles la fréquence fw de commutation est 10 remplacée par la position en phase régulée. Une particularité de la subdivision de la grandeur S réglante en partie principale et en partie auxiliaire réside dans le fait que, pour le convertisseur à résonance à PFC 3, la tension Upfc de circuit 15 intermédiaire influence la grandeur X réglée d'une façon agissant proportionnellement positivement, c'est-à-dire qu'une élévation de la tension Upfc de circuit intermédiaire provoque une augmentation de la grandeur X réglée et la fréquence fw de commutation ou une position 20 en phase régulée de manière sous-jacente agit de façon proportionnelle négativement, c'est-à-dire qu'une élévation de la fréquence fw de commutation provoque une diminution de la grandeur X réglée, ce qui est pris en compte lors de la mise en oeuvre de la subdivision. 25 La figure 3 représente, sous une forme d'abord simplifiée, la structure proposée de subdivision de la grandeur S réglante en une grandeur Si réglante principale et en une grandeur S2 réglante auxiliaire. Dans l'élément 5 de limitation, sont mises en oeuvre les 30 valeurs admissibles au minimum et au maximum de la grandeur S1 réglante principale, donc Slmin et Slmax. On fait varier la grandeur S2 réglante auxiliaire, seulement si la grandeur S réglante se trouve au-delà des limites admissibles de Sl, comme cela est représenté à la figure 4. L'élément 6 de transfert de la figure 3 assume trois 5 fonctions : On fait d'abord en sorte qu'il se produise -suivant l'affectation de la grandeur réglante principale et de la grandeur réglante auxiliaire- un passage correct en signe de la grandeur réglante agissant proportionnellement 10 positivement à la grandeur réglante agissant proportionnellement négativement. En outre, on choisit en général un facteur K d'amplification adéquat (voir la figure 5), de manière à ce que l'influence de la grandeur S2 réglante auxiliaire sur la grandeur X réglée, du point 15 de vue du régleur 1 primaire, soit constamment aussi grande que l'effet de la grandeur S1 réglante principale sur la grandeur X réglée. Troisièmement, un effet de retard supplémentaire peut provenir d'un filtre dans les éléments 6 de transfert, pour rapprocher le comportement 20 dynamique de la section S1 partielle en technique de régulation de la grandeur X réglée de celui de la section S2 partielle en technique de régulation de la grandeur X réglée ; également dans le but de la similarité du comportement du point de vue du régleur 1 primaire. 25 D'un point de vue pratique, il est prévu dans la structure suivant la figure 3, outre la distinction en grandeur réglante principale / auxiliaire agissant proportionnellement positivement et négativement, encore des valeurs Sldefault et S2default de décalage ou de 30 défaut pour ces grandeurs réglantes. On en donne des exemples de mise en oeuvre aux figures 5 et 6. Le décalage S2default de la grandeur S2 réglante auxiliaire est la valeur standard indiquée déjà aux figures 4 et 5 que prend la grandeur S2 réglante auxiliaire, tant que la limitation de la grandeur S1 réglante principale n'est pas devenue encore efficace. Le décalage Sldefault de la 5 grandeur S1 réglante principale est utilisé dans la mise en oeuvre, comme dans les figures 6 et 7, pour prescrire la valeur de départ de la grandeur S1 réglante principale, tant que celle-ci se trouve dans les limites admissibles de la grandeur S1 réglante principale. Elle 10 devient également immédiatement efficace si le régleur 1 primaire émet encore la grandeur réglante zéro. Les filtres 7 de grandeur réglante des figures 6 et 7 sont facultatifs et sont utilisés encore pour adapter le comportement dynamique. Le facteur K prend en charge 15 l'adaptation en valeur absolue déjà mentionnée de l'amplification pour avoir un effet uniforme de la grandeur S1 réglante principale et de la grandeur S2 réglante auxiliaire sur la grandeur X réglée. Une possibilité de mesure de K est donnée par exemple par les 20 facteurs d'amplification statique des effets de la grandeur S1 réglante principale et de la grandeur S2 réglante auxiliaire sur la grandeur X réglée : K = abs (AX / AS1) / (AX / AS2). Une courbe dans le temps donnée à titre d'exemple de la 25 valeur de consigne et de la grandeur X réglée de tout le circuit de régulation est schématisée à la figure 8. On y voit les instants où l'on fait varier la grandeur S2 réglante auxiliaire agissant dans ce cas proportionnellement négativement, pour fournir une 30 contribution supplémentaire afin d'atteindre le but de la régulation. On a représenté aussi dans l'exemple que la grandeur S2 réglante auxiliaire peut buter aussi sur des valeurs S2min et S2max limites admissibles. Dans ce cas, il est mis en oeuvre dans le régleur 1 primaire, avantageusement, une mesure classique anti-reset windup, qui est couplée à la limitation de la grandeur S2 réglante auxiliaire. Un circuit de régulation complet est donné dans ce sens à la figure 9 en tant que représentation d'une structure. L'invention comprend les points suivants : - Dispositif de régulation d'un convertisseur à résonance à PFC 3 comprenant deux grandeurs réglantes, typiquement la fréquence fw de commutation ainsi que la tension Upfc de sortie PFC et une grandeur réglée, dans ce cas la tension de sortie ou la puissance de sortie. - Définition d'une grandeur réglante principale et d'une grandeur réglante auxiliaire ainsi que de leurs plage de réglage admissibles. - Subdivision automatique de la sortie du régleur primaire en une grandeur réglante principale et en une grandeur réglante auxiliaire, dans le fonctionnement courant du convertisseur à résonance à PFC. Possibilité d'adaptation statique et dynamique pour adapter le comportement de régulation lors de l'utilisation des deux trajets différents, grandeur réglante principale et grandeur réglante auxiliaire. Parmi les avantages du procédé proposé figurent : - Agrandissement de la plage pouvant être obtenue de la tension de sortie ou de la puissance de sortie régulée du convertisseur à résonance à PFC. - Conservation de la structure de régulation de base avec seulement un régleur primaire. - La conception du régleur primaire n'est pas complexe, elle peut s'effectuer par exemple seulement au moyen du trajet de régulation par la grandeur réglante principale. - La mise en oeuvre de la structure du circuit de régulation proposé, y compris la subdivision de la grandeur réglée en une grandeur réglante principale et en une grandeur réglante auxiliaire, peut être réalisée d'une manière purement analogique, purement logicielle, par exemple dans un microcontrôleur ou d'une manière mixte. REVENDICATIONS1. Procédé de régulation d'un convertisseur à résonance à PFC (3), que l'on fait fonctionner à une fréquence (fw) de commutation et à une tension (Upfc) de circuit intermédiaire, la tension ou la puissance de sortie pouvant, en tant que grandeur (X) réglée, être modifiée par les grandeurs réglantes fréquence (fw) de commutation et tension (Upfpc) de circuit intermédiaire, caractérisé en ce que l'on agrandit la plage utile de la grandeur (X) réglée, par la combinaison des deux grandeurs réglantes, en fixant l'une des deux grandeurs (fw, Upfc) réglantes comme grandeur (S1) réglante principale et l'autre des deux grandeurs réglantes comme grandeur (S2) réglante auxiliaire. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on contrôle un dépassement par le haut de la valeur (Slmax) admissible au maximum et un dépassement par le bas de la valeur (Slmin) admissible au minimum de la grandeur (S1) réglante principale, et en ce que l'on ne fait varier la grandeur (S2) réglante auxiliaire que si la grandeur (S) réglante se trouve au-delà des limites admissibles de la grandeur (S1) réglante principale. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la grandeur réglante tension (Upfc) de circuit intermédiaire influence la grandeur (X) réglée d'une façon agissant proportionnellement positivement et la grandeur réglante fréquence (fw) de commutation influence la grandeur (X) réglée d'une façon agissant proportionnellement négativement et en ce que, suivantl'affectation de la grandeur (S1) réglante principale et de la grandeur (S2) réglante auxiliaire, il s'effectue, en partant d'un régleur (1) primaire, un passage correct en signe de la grandeur réglante agissant proportionnellement positivement à la grandeur réglante agissant proportionnellement négativement ou dans l'ordre inverse. 4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on envoie à un régleur (1) primaire, pour la grandeur (X) réglée, une valeur (Xsoll) de consigne, qui en produit une grandeur (S) réglante, laquelle est subdivisée ensuite dans une unité (2) en la grandeur (S1) réglante principale et en la grandeur (S2) réglante auxiliaire. 5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on choisit un facteur (K) d'amplification d'au moins l'une des grandeurs réglantes, de manière à ce que l'influence de la grandeur (S2) réglante auxiliaire sur la grandeur (X) réglée soit constamment aussi forte que l'effet de la grandeur (S1) réglante principale sur la grandeur (X) réglée. 6. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en cas de besoin, on utilise un filtre pour rapprocher le comportement dynamique des sous-sections en technique de régulation de la grandeur (S1) réglante principale de la grandeur (X) réglée et de la grandeur (S2) réglante auxiliaire de la grandeur (X) réglée, dans le but de la similitude du comportement du point de vue du régleur (1) primaire. 7. Dispositif de régulation d'un convertisseur résonance à PEC (3), que l'on fait fonctionner à une fréquence (fw) de commutation et à une tension (Upfc) de circuit intermédiaire, la tension ou la puissance de sortie pouvant, en tant que grandeur (X) réglée, être modifiée par les grandeurs réglantes fréquence (fw) de commutation et tension (Upfpc) de circuit intermédiaire, caractérisé en ce que la plage utile de la grandeur (X) réglée peut être agrandie par la combinaison de deux grandeurs réglantes et par la fixation de l'une des deux grandeurs (fw, Upfc) réglantes comme grandeur (S1) réglante principale et de l'autre des deux grandeurs réglantes comme grandeur (S2) réglante auxiliaire. 8. Dispositif de régulation suivant la revendication 7, caractérisé par un régleur (1) primaire, qui, à partir d'une valeur (Xsoll) de consigne entrée pour la grandeur (X) réglée, produit une grandeur (S) réglante, et auquel fait suite une unité (2), qui sert à la subdivision de la grandeur (S) réglante en la grandeur (S1) réglante principale et en la grandeur (S2) réglante auxiliaire. 9. Dispositif de régulation suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé par un élément (5) de limitation, pour le contrôle du dépassement par le haut de la valeur (Slmax) admissible au maximum et du dépassement par le bas de la valeur (Slmin) admissible au minimum, de la grandeur (S1) réglante principale, pour n'autoriser une variation de la grandeur (S2) réglante auxiliaire que si la grandeur (S) réglante se trouve au-delà des limites admissibles de la grandeur (S1) réglante principale. 10. Dispositif de régulation suivant l'une des revendications précédentes 7 à 9, caractérisé par unélément (6) de transfert, dans au moins l'une des sous-sections en technique de régulation, de la grandeur (S1) réglante principale à la grandeur (X) réglée et de la grandeur (S2) réglante auxiliaire à la grandeur (X) 5 réglée, l'élément (6) de transfert servant à ce que, suivant l'affectation de la grandeur réglante principale et auxiliaire, il s'effectue un passage correct en signe de la grandeur réglante agissant proportionnellement positivement à la grandeur réglante agissant 10 proportionnellement négativement à négativement. 11. Dispositif de régulation suivant l'une des revendications précédentes 7 à 10, caractérisé en ce que l'élément (6) de transfert sert à choisir un facteur (K) 15 d'amplification d'au moins l'une des grandeurs réglantes, de manière à ce que l'influence de la grandeur (S2) réglante auxiliaire sur la grandeur (X) réglée soit constamment la même que l'effet de la grandeur (S1) réglante principale sur la grandeur (X) réglée. 20