Brevet FR3016098A1 — publié le 20150703

Circuit de génération d'au moins deux signaux rectangulaires à déphasage variable et utilisation dudit circuit La présente invention concerne la génération de signaux. La présente invention concerne plus particulièrement un circuit de génération d'au moins deux signaux rectangulaires à déphasage variable. Ce circuit peut notamment être utilisé dans un convertisseur d'énergie de type « phase shift ". La figure 1 représente un circuit de génération de signaux rectangulaires à déphasage variable connu de l'art antérieur. Le circuit comprend deux comparateurs 11, 12 et deux bascules 13, 14 de type « D». Chaque comparateur 11, 12 reçoit sur une de ses entrées de comparaison un signal triangulaire de rampe, fourni par un dispositif de génération de signaux 15, et sur l'autre entrée une tension de référence Vrefi, Vref2. La sortie de chaque comparateur 11, 12 est connectée à une bascule 13, 14 montée en diviseur de fréquence par deux, active au front montant. Le fonctionnement du circuit va être expliqué en référence à la figure 2. Le premier chronogramme représente l'allure du signal de rampe. On suppose qu'au temps to tous les signaux sont à l'état bas. Au temps t1, la valeur du signal de rampe Vrampe devient supérieure à la valeur de la première tension de référence Vrefi, le signal de sortie Pwmi du premier comparateur 11 passe de l'état bas à l'état haut. Ce front montant va faire déclencher la première bascule « D" 13 et son signal de sortie IP1 va passer à l'état haut. Le même phénomène va se reproduire avec le deuxième comparateur 12 et la deuxième bascule 14 au temps t2 lorsque la valeur du signal de 30 rampe Vrampe va devenir supérieure à la valeur de la deuxième tension de référence Vref2. Au temps t3, la valeur du signal de rampe revient à zéro, la sortie Pwmi, Pwm2 des deux comparateurs 13, 14 passe de l'état haut à l'état bas. Les bascules 13, 14 étant actives au front montant, les signaux lP1, IP2 en sortie 35 de ces dernières restent inchangés. Au temps t4, la valeur du signal de rampe Vrampe devient de nouveau supérieure à la valeur de la première tension de référence Vrefi. La sortie du premier comparateur 11 passe de l'état bas à l'état haut. Ce front montant va faire déclencher la première bascule " D » 13 et son signal de sortie IP1 va passer de l'état haut à l'état bas. De même, le signal de sortie de la deuxième bascule 14 IP2 passe de l'état haut à l'état bas au temps t5. Un problème se pose lorsqu'un parasite apparaît sur le signal de 10 sortie d'un comparateur. Ce cas de figure est illustré figure 3 à travers un exemple dans lequel une impulsion parasite 30 apparaît sur le signal de sortie Pwml_Pb du premier comparateur. Sur cette figure, le premier chronogramme représente le signal de rampe. Le deuxième et le troisième chronogramme représentent 15 respectivement l'allure du signal en sortie du premier comparateur Pwrni_pb et l'allure du signal en sortie IPi_Pb de la première bascule D. Le dernier chronogramme sert de comparaison et représente la forme du signal en sortie de la bascule dans le cas où le signal en sortie de comparateur n'est pas parasité. 20 On remarque que le front montant du parasite fait déclencher la bascule en sortie du comparateur et perturbe le signal de sortie de manière permanente. Un problème se pose également au démarrage du circuit, au moment 25 de sa mise sous tension car on ne sait pas si les bascules sont à l'état haut ou à l'état bas. Il est possible de forcer les bascules à l'état bas au démarrage grâce à l'entrée de remise à zéro (ou reset selon la terminologie anglo-saxonne) desdites bascules. Cependant ces systèmes de remise à zéro sont aléatoires 30 et les temps de montée des fonctions de remise à zéro ne sont pas fiables. Du fait de l'incertitude de la remise à zéro, le signal de rampe peut par exemple démarrer avant que les bascules soient initialisées. Ainsi, lorsque les bascules seront prêtes à démarrer, on se trouvera entre les deux fronts montants et donc un seul des deux fronts montants aura été pris en compte 35 au démarrage. Les deux basculements seront alors décalés de 180°. Un autre problème peut se poser si les deux commandes de remise à zéro ne se font pas exactement au même instant. Un but de l'invention est notamment de corriger un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur en proposant une solution permettant de s'affranchir des problèmes d'initialisation des bascules et des parasites. A cet effet, l'invention a pour objet un circuit de génération d'au moins deux signaux rectangulaires à déphasage variable comprenant : 10 - un circuit diviseur de fréquence recevant en entrée un premier signal d'horloge et fournissant en sortie un deuxième signal d'horloge, - au moins deux comparateurs, recevant respectivement sur une entrée de comparaison une première tension de seuil et au moins 15 une seconde tension de seuil et sur une seconde entrée de comparaison un signal triangulaire de rampe synchronisé avec le signal d'horloge, le groupe d'au moins deux tensions de seuil définissant le déphasage entre les signaux du groupe d'au moins deux signaux rectangulaires à déphasage variable, 20 - au moins deux bascules de type D recevant respectivement sur leurs entrées d'horloge, le signal de sortie du premier comparateur et le signal de sortie du deuxième comparateur et sur leur entrée " D », le signal de sortie du circuit diviseur de fréquence, le groupe d'au moins deux signaux rectangulaires à déphasage 25 variable étant disponible sur les sorties « Q " du groupe d'au moins deux bascules de type D. Selon un mode de réalisation, le circuit diviseur de fréquence et un diviseur de fréquence par deux. Selon un mode de réalisation, le circuit diviseur de fréquence comprend une 30 bascule de type "D» dont l'entrée D est connectée à la sortie complémentaire " Q*". Selon un mode de réalisation, le circuit comprend en outre un circuit d'horloge configuré pour générer un signal triangulaire de rampe, ledit circuit d'horloge recevant en entrée le signal d'horloge et la sortie dudit circuit d'horloge étant connecté à une des deux entrées de comparaison de chaque comparateur. L'invention a également pour objet un convertisseur de puissance à décalage de phase comprenant un circuit de génération de deux signaux rectangulaires à déphasage variable comme décrit précédemment, lesdits signaux rectangulaires étant configurés pour commander des commutateurs des ponts primaire et secondaire dudit convertisseur de puissance. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à 15 titre illustratif et non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1, précédemment décrite, représente un circuit de génération d'au moins deux signaux rectangulaires à déphasage 20 variable connu de l'art antérieur ; la figure 2, précédemment décrite, représente l'allure des signaux à différents points du circuit de la figure 1 ; - la figure 3, précédemment décrite, représente l'allure des signaux à différents points du circuit de la figure 1 dans un cas de figure 25 particulier ; - la figure 4 représente un exemple de mode de réalisation d'un circuit de génération d'au moins deux signaux rectangulaires à déphasage variable selon l'invention ; la figure 5 représente des exemples d'allure des signaux à différents 30 points du circuit de la figure 4; - la figure 6 représente des exemples d'allure des signaux à différents points du circuit de la figure 4 lorsque des parasites apparaissent. - La figure 7 représente un exemple de mode de réalisation d'un convertisseur d'énergie à décalage de phase dans lequel les signaux de commande des commutateurs des convertisseurs DC/AC et ACDC sont déphasés à l'aide d'un circuit de génération d'au moins deux signaux rectangulaires à déphasage variable selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 4 représente un exemple de mode de réalisation d'un circuit 40 de génération d'au moins deux signaux rectangulaires à déphasage variable selon l'invention. Afin de simplifier les explications et de ne pas surcharger les figures, on a représenté un cas particulier où le nombre de signaux généré est égal à deux. Dans ce mode de réalisation le circuit comprend un circuit diviseur de fréquence 46, deux comparateurs Cl, C2 et deux bascules de type " D " Dl, 15 D2. Suivant un mode de réalisation, le circuit diviseur de fréquence 46 peut être un circuit diviseur de fréquence par deux. Suivant un mode de réalisation, le circuit diviseur 46 peut être réalisé à l'aide d'une bascule de type " D " dont l'entrée D est connectée à la sortie 20 complémentaire " Q*" Dans le mode de réalisation illustré figure 4, le circuit diviseur de fréquence 46 reçoit en entrée un premier signal d'horloge CLK et fournit en sortie un deuxième signal d'horloge CLK_2. Le premier comparateur Cl reçoit sur une de ses entrées de 25 comparaison un premier signal Vsi et sur la seconde entrée un signal triangulaire de rampe Vrampe. Le deuxième comparateur C2 reçoit sur une de ses entrées de comparaison un deuxième signal Vs2 et sur la seconde entrée le même signal triangulaire Vrampe que précédemment. 30 Les deux signaux Vsi et Vs2 sont des tensions analogiques permettant de définir le déphasage entre les deux signaux rectangulaires à déphasage variable. Le signal triangulaire de rampe est synchronisé avec le premier signal d'horloge CLK du circuit diviseur de fréquence 46. Le signal premier 35 d'horloge CLK peut servir à générer le signal de rampe. Suivant un mode réalisation, le circuit 40 de génération d'au moins deux signaux rectangulaires Si, S2 à déphasage variable peut comprendre un circuit d'horloge 45 configuré pour générer un signal triangulaire de rampe Vrampe. Le circuit d'horloge 45 peut recevoir en entrée le premier signal d'horloge CLK et fournir en sortie le signal triangulaire Vrampe pour les comparateurs Cl et C2. Pour ce faire, la sortie du circuit d'horloge 45 peut être connectée à une des deux entrées de comparaison de chaque comparateur Cl, C2. Le signal triangulaire Vrampe permet de définir la plage de variation du 10 déphasage possible entre les deux signaux de sortie. Suivant le rapport cyclique du signal de rampe cette plage peut s'étaler jusqu'à 180°. Le circuit selon un mode de réalisation de l'invention peut comprendre également deux bascules de type « D ". Ces bascules peuvent être actives sur front montant ou descendant. 15 La première bascule Dl reçoit, sur son entrée d'horloge, le signal de sortie Cmpl du premier comparateur Cl et la deuxième bascule D2 le signal de sortie Cmp2 du deuxième comparateur C2. Le signal de sortie CLK_2 du circuit diviseur de fréquence 46 est envoyé sur l'entrée " D » de chacune des bascules Dl et D2. 20 Le fonctionnement du circuit va à présent être expliqué à l'aide des exemples de chronogrammes de la figure 5. Le premier chronogramme correspond au signal de rampe Vrampe. Les deux chronogrammes suivants représentent respectivement les signaux en 25 sortie des premier et deuxième comparateurs Cl, C2. Les quatrième et cinquième chronogrammes illustrent respectivement le premier signal d'horloge CLK en entrée du circuit diviseur de fréquence 46 et le signal de sortie CLK_2 dudit diviseur. Le signal premier d'horloge CLK est synchrone avec le signal de rampe et le signal de sortie CLK_2 présente une fréquence 30 divisée par deux par rapport au signal d'entrée CLK du circuit diviseur de fréquence 46. Les deux derniers chronogrammes représentent les signaux en sortie des deux bascules D1, D2. Au temps t1, la valeur du signal de rampe devient supérieure à la valeur de la première tension de seuil Vs1, le signal de sortie du premier 35 comparateur Cl passe de l'état bas à l'état haut. La première bascule D1 détecte le front montant et recopie en sortie la valeur du deuxième signal d'horloge CLK_2 à savoir un état haut, le signal en sortie de la bascule Dl passe donc de l'état bas à l'état haut. Au temps t2, la valeur du signal de rampe devient supérieure à la valeur de la deuxième tension de seuil Vs2. Le signal de sortie du deuxième comparateur C2 passe donc de l'état bas à l'état haut. La deuxième bascule D2 se déclenche et son signal de sortie prend la même valeur que le deuxième signal d'horloge CLK_2 à savoir un état haut. Au temps t3, la valeur du signal de rampe revient à zéro, les signaux 10 de sortie des deux comparateurs Cl, C2 passent de l'état haut à l'état bas. Au temps ta, la valeur du signal de rampe devient de nouveau supérieure à la valeur de la première tension de seuil V51, le signal de sortie du premier comparateur Cl passe à l'état haut et déclenche la première bascule Dl qui recopie en sortie la valeur du deuxième signal d'horloge 15 CLK_2. Son signal de sortie passe de l'état haut à l'état bas. De même, au temps t5, la valeur du signal de rampe devenant supérieure à la valeur de la deuxième tension de seuil V52 déclenche un front montant en sortie du deuxième comparateur C2. Ce front montant fait déclencher la deuxième bascule D2 et son signal de sortie passe de l'état 20 haut à l'état bas. On obtient ainsi, en sortie du circuit 40, deux signaux d'horloge rectangulaires déphasés dans le temps. Le déphasage entre les deux signaux peut être réglé en modifiant la valeur des deux tensions de seuil Vsi et Vs2. Comme vu précédemment, la plage de variation du déphasage 25 dépend du rapport cyclique du signal de rampe. Bien entendu, ce circuit 40 peut se généraliser à un nombre de signaux rectangulaires supérieur à deux. Pour un nombre n de signaux rectangulaires déphasés dans le temps, avec n représentant un entier 30 supérieur à un, le circuit comprendra n comparateurs et n bascules de type « D " et recevra en entrée n tensions de seuil. La figure 6 illustre, par des exemples de chronogrammes, le cas où des parasites 30 apparaitraient sur le signal de sortie Cmpl_Pb du premier 35 comparateur Cl du circuit 40 de la figure 4. Sur cette figure a été représenté respectivement, un signal de rampe, le signal en sortie du premier comparateur Cl, un signal de sortie CLK_2 du circuit diviseur de fréquence 46, un signal de sortie de la deuxième bascule D2 et un signal de sortie de la deuxième bascule D2 dans le cas sans parasite. On suppose qu'un signal parasite 30 apparaît au temps ti sur le signal de sortie du premier comparateur Cl. Le front montant de ce parasite 30 fait déclencher la bascule D1 qui recopie la valeur du deuxième signal d'horloge CLK_2 à savoir un état haut. Le signal de sortie Si_pb de la bascule D1 change donc d'état au temps ti au lieu du temps t2. Au temps t2 le signal de sortie du comparateur Cl présente de nouveau un front montant. En détectant ce front montant, la bascule Dl recopie le signal CLK_2 et reste à l'état haut. Contrairement au cas du circuit présenté à la figure 1, le signal de sortie Si_pb ne change pas d'état à chaque front montant présent sur le signal de sortie du comparateur. De même, on peut remarquer que le signal de sortie Si_pb n'est pas perturbé de façon définitive mais seulement de façon temporaire. Le front montant suivant le signal parasite 30 permet de rétablir le signal de sortie de bascule Si à son niveau normal, c'est-à-dire à l'état logique qu'il aurait eu s'il n'y avait pas eu de parasites 30 sur le signal en sortie du comparateur Cl. On peut également remarquer que suivant l'instant où survient le signal parasite 30, ce dernier peut ne pas perturber le signal en sortie de bascule. Par exemple, le signal parasite à l'instant t4 n'a aucun effet sur le signal de sortie Si. Suivant un exemple nullement limitatif, ce circuit peut trouver une application dans un convertisseur d'énergie à décalage de phase ou " phase shift" selon la terminologie anglo-saxonne. A titre illustratif, la figure 7 représente un exemple de réalisation d'un convertisseur d'énergie à décalage de phase dans lequel un déphasage entre les bras de ponts primaires et secondaires est créé à l'aide d'un circuit 40 de génération d'au moins deux signaux rectangulaires à déphasage variable selon un mode de réalisation de l'invention . Dans ce circuit, les signaux de sortie S1, S2 du circuit 40 de génération de signaux rectangulaires à déphasage variable sont configurés pour commander les différents commutateurs des ponts primaire et secondaire du convertisseur de puissance. De façon avantageuse, le circuit de génération de signaux selon l'invention permet de s'affranchir des problèmes de synchronisation des bascules ainsi que des problèmes liés à la remise à zéro des bascules. Ce circuit permet également de minimiser les conséquences d'une ou plusieurs impulsions parasites. REVENDICATIONS1. Circuit (40) de génération d'au moins deux signaux rectangulaires (Si, S2) à déphasage variable caractérisé en ce qu'il comprend : - un circuit diviseur de fréquence (46) recevant en entrée un premier signal d'horloge (CLK) et fournissant en sortie un deuxième signal d'horloge (CLK_2), - au moins deux comparateurs (Cl, C2), recevant respectivement sur une entrée de comparaison une première tension de seuil (Vsi) et au moins une seconde tension de seuil (Vs2) et sur une seconde entrée de comparaison un signal triangulaire de rampe synchronisé avec le signal d'horloge (CLK), le groupe d'au moins deux tensions de seuil (Vsi, Vs2) définissant le déphasage entre les signaux du groupe d'au moins deux signaux rectangulaires à déphasage variable, - au moins deux bascules de type D (D1, D2) recevant respectivement sur leurs entrées d'horloge, le signal de sortie (Cmp1) du premier comparateur et le signal de sortie (Cmp2) du deuxième comparateur et sur leur entrée " D », le signal de sortie (CLK_2) du circuit diviseur de fréquence (46), le groupe d'au moins deux signaux rectangulaires (S1, S2) à déphasage variable étant disponible sur les sorties « Q " du groupe d'au moins deux bascules de type D (D1, D2). 2. Circuit (40) suivant la revendication précédente selon lequel le circuit diviseur de fréquence (46) et un diviseur de fréquence par deux. 3. Circuit (40) suivant une des revendications précédentes selon lequel le circuit diviseur de fréquence (30) comprend une bascule de type " D" dont l'entrée D est connectée à la sortie complémentaire " Q*". 4. Circuit (40) suivant une des revendications précédentes comprenant en outre un circuit d'horloge (45) configuré pour générer un signal triangulaire de rampe, ledit circuit d'horloge (45) recevant en entrée lesignal d'horloge (CLK) et la sortie dudit circuit d'horloge étant connecté à une des deux entrées de comparaison de chaque comparateur (Cl, C2). 5. Convertisseur de puissance à décalage de phase caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (40) de génération de deux signaux rectangulaires à déphasage variable selon une des revendications précédentes, lesdits signaux rectangulaires étant configurés pour commander des commutateurs des ponts primaire et secondaire dudit convertisseur de puissance.10