Brevet FR3117708A1 — publié le 20220617

Circuit de protection d'un convertisseur de puissance Un système de conversion de puissance comprend un premier commutateur configuré pour être connecté entre une première phase d'une source de puissance à courant alternatif (AC) polyphasée et une charge électrique et une première diode configurée pour être connectée entre la première phase de la source de puissance AC polyphasée et la charge électrique, dans lequel la diode est configurée pour conduire un courant depuis la source de puissance AC vers la charge électrique. Le système de conversion de puissance comprend également une unité de commande configurée pour s'interfacer avec le premier commutateur pour fermer, en réponse à l'apparition d'un défaut de court-circuit, le premier commutateur pendant une partie à courant négatif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée et ouvrir, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, le premier commutateur pendant une partie à courant positif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée. Fig. 1 CIRCUIT DE PROTECTION D'UN CONVERTISSEUR DE PUISSANCE La présente divulgation concerne la protection contre les défauts pour des convertisseurs de puissance à courant continu CONTEXTE DE L'INVENTION Les convertisseurs de puissance, tels que les convertisseurs de puissance utilisés dans des réseaux à courant continu haute tension (HVDC, High Voltage Direct Current) (que l'on trouve par exemple dans certains aéronefs électriques hybrides et dans d'autres applications) peuvent comprendre une certaine forme de protection contre les défauts, par exemple pour protéger : les convertisseurs de puissance, le réseau électrique, ou les équipements alimentés par le réseau, contre des situations de surtension ou de surintensité provoquées par des défauts. À titre d'exemple, certains systèmes de protection contre les défauts peuvent amener un convertisseur de puissance à ouvrir tous ses commutateurs de puissance internes (par exemple des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistors) ou des transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)) en provoquant un état de circuit ouvert au sein du convertisseur de puissance lui-même, afin d'éviter tout endommagement dû à un défaut détecté. Les alimentations électriques à haut facteur de puissance exigent que les convertisseurs correspondants résistent à de forts courants de défaut. RÉSUMÉ De manière générale, la présente divulgation concerne des techniques et des systèmes permettant de provoquer un état de circuit ouvert au sein d'un convertisseur de puissance (par exemple, dans un système de véhicule (notamment des véhicules militaires), un aéronef, un réseau électrique ou une autre application) afin de répartir le courant de circuit ouvert entre de multiples composants du convertisseur de puissance pendant une situation de défaut. Contrairement à d'autres réponses de protection contre les défauts qui pourraient ouvrir tous les commutateurs internes du convertisseur de puissance pour tenter de compenser le défaut en créant un trajet à faible résistance pour le passage du courant en remplacement du trajet d'arc provoquant le défaut, un exemple de convertisseur de puissance peut au contraire ouvrir en alternance certains des commutateurs internes selon la phase de la source de puissance à laquelle le commutateur est connecté et selon que le cycle de courant est négatif ou positif. Lorsqu'un exemple de convertisseur de puissance est commandé de cette manière, les commutateurs de puissance peuvent se partager la dissipation d'un courant de défaut au cours d'un cycle du courant et également délester la dissipation du courant de défaut sur d'autres composants du convertisseur, tels que des diodes qui peuvent présenter un courant nominal plus élevé. Comme au moins une partie du courant de défaut est dissipée par plusieurs composants, des composants plus petits et plus légers peuvent être utilisés. De ce fait, divers aspects de ces techniques peuvent également permettre l'utilisation de contacteurs mécaniques plus petits, plus légers et moins coûteux pour une interruption des défauts à une tension plus élevée et à des courants plus élevés, en prolongeant également la durée de vie des solutions existantes à contacteurs mécaniques. Dans un exemple, la présente divulgation décrit un système de conversion de puissance comprenant un premier commutateur configuré pour être connecté entre une première phase d'une source de puissance à courant alternatif (AC, Alternating Current) polyphasée et une charge électrique ; une première diode configurée pour être connectée entre la première phase de la source de puissance AC polyphasée et la charge électrique, dans lequel la diode est configurée pour conduire un courant depuis la première phase de la source de puissance AC polyphasée vers la charge électrique ; et une unité de commande configurée pour s'interfacer avec le premier commutateur pour fermer, en réponse à l'apparition d'un défaut de court-circuit, le premier commutateur pendant une partie à courant négatif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée et ouvrir, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, le premier commutateur pendant une partie à courant positif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée. Dans un autre exemple, la présente divulgation décrit un procédé de protection d'un système de conversion de puissance pendant un défaut de court-circuit, comprenant la fermeture, par l'intermédiaire d'une unité de commande et en réponse au court-circuit, d'un premier commutateur connecté à une première phase d'une source de puissance à courant alternatif (AC) polyphasée pendant une partie à courant négatif d'un cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée ; et l'ouverture, par l'intermédiaire de l'unité de commande et en réponse au court-circuit, du premier commutateur pendant une partie à courant positif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée. Dans un autre exemple, la présente divulgation décrit un système de distribution de courant continu (DC, Direct Current) qui comprend un premier système de conversion de puissance comprenant une première source de puissance à courant alternatif (AC) ; un premier ensemble de commutateurs configurés pour être connectés entre la première source de puissance AC et un bus de distribution DC ; un premier ensemble de diodes configurées pour être connectées entre la première source de puissance AC et le bus de distribution DC, dans lequel la diode est configurée pour conduire un courant depuis la première source de puissance AC vers le bus de distribution DC ; et une première unité de commande configurée pour s'interfacer avec le premier ensemble de commutateurs pour fermer, en réponse à l'apparition d'un défaut de court-circuit, le premier ensemble de commutateurs pendant une partie à courant négatif d'un cycle AC de la première source de puissance AC et ouvrir, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, le premier ensemble de commutateurs pendant une partie à courant positif du cycle AC de la première source de puissance AC ; et un deuxième système de conversion de puissance comprenant une deuxième source de puissance à courant alternatif (CA) ; un deuxième ensemble de commutateurs configurés pour être connectés entre la deuxième source de puissance AC et le bus de distribution DC ; un deuxième ensemble de diodes configurées pour être connectées entre la deuxième source de puissance AC et le bus de distribution DC, dans lequel la diode est configurée pour conduire un courant depuis la deuxième source de puissance AC vers le bus de distribution DC ; et une deuxième unité de commande configurée pour s'interfacer avec le deuxième ensemble de commutateurs pour ouvrir et fermer le deuxième ensemble de commutateurs. Les détails d'un ou plusieurs exemples de la présente divulgation sont exposés dans les dessins annexés et la description qui suit. D'autres caractéristiques, objets et avantages de la présente divulgation ressortiront de la description et des dessins, ainsi que des revendications. est un schéma fonctionnel illustrant un exemple de système électrique configuré pour mettre en œuvre une protection contre les défauts, conformément à des techniques de la présente divulgation. est un schéma fonctionnel illustrant un exemple de système électrique comportant un convertisseur de puissance AC/DC configuré pour mettre en œuvre une protection contre les défauts, conformément à des techniques de la présente divulgation. est un schéma fonctionnel illustrant un autre exemple de système électrique comportant un convertisseur de puissance AC/DC configuré pour mettre en œuvre une protection contre les défauts, conformément à des techniques de la présente divulgation. [Fig 4A] est un tracé illustrant un exemple de courant de ligne monophasé d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut. [Fig 4B] est un tracé illustrant un exemple de courant circulant à travers un composant d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut. [Fig 4C] est un tracé illustrant un exemple de courant circulant à travers un composant d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut. [Fig 4D] est un tracé illustrant un exemple de courant circulant à travers un composant d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut. [Fig 4E] est un tracé illustrant un exemple de courant circulant à travers un composant d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut. [Fig 5A] est un tracé illustrant un exemple de courant de ligne monophasé d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut. [Fig 5B] est un tracé illustrant un exemple de courant circulant à travers des composants d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut, des commutateurs du convertisseur étant alternativement ouverts et fermés, conformément à des techniques de la présente divulgation. [Fig 5B] est un tracé illustrant un exemple de courant circulant à travers des composants d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut, des commutateurs du convertisseur étant alternativement ouverts et fermés, conformément à des techniques de la présente divulgation. [Fig 5D] est un tracé illustrant un exemple de courant circulant à travers des composants d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut, des commutateurs du convertisseur étant alternativement ouverts et fermés, conformément à des techniques de la présente divulgation. [Fig 5E] est un tracé illustrant un exemple de courant circulant à travers des composants d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut, des commutateurs du convertisseur étant alternativement ouverts et fermés, conformément à des techniques de la présente divulgation. [Fig 6A] est un tracé illustrant un exemple de courant de ligne monophasé d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut. [Fig 6B] est un tracé illustrant un exemple de courant circulant à travers des composants d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut, des groupes de commutateurs du convertisseur étant alternativement ouverts et fermés, conformément à des techniques de la présente divulgation. [Fig 6C] est un tracé illustrant un exemple de courant circulant à travers des composants d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut, des groupes de commutateurs du convertisseur étant alternativement ouverts et fermés, conformément à des techniques de la présente divulgation. [Fig 6D] est un tracé illustrant un exemple de courant circulant à travers des composants d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut, des groupes de commutateurs du convertisseur étant alternativement ouverts et fermés, conformément à des techniques de la présente divulgation. [Fig 6E] est un tracé illustrant un exemple de courant circulant à travers des composants d'un convertisseur de puissance AC/DC pendant une situation de défaut, des groupes de commutateurs du convertisseur étant alternativement ouverts et fermés, conformément à des techniques de la présente divulgation. est un schéma fonctionnel illustrant un exemple supplémentaire de système électrique comportant un convertisseur de puissance AC/DC configuré pour mettre en œuvre une protection contre les défauts, conformément à des techniques de la présente divulgation. est un schéma fonctionnel illustrant un exemple de système de distribution DC comprenant un ou plusieurs convertisseurs de puissance AC/DC configurés pour mettre en œuvre une protection contre les défauts, conformément à des techniques de la présente divulgation. est un organigramme d'un exemple de procédé de protection d'un système de conversion de puissance pendant un défaut de court-circuit, conformément à des exemples de la présente divulgation. Système de conversion (10, 50, 100, 700) de puissance comprenant : un premier commutateur (34, T1) configuré pour être connecté entre une première phase d'une source de puissance (32, 52, 120) à courant alternatif (AC, Alternating Current) polyphasée et une charge électrique (40, 64) ; une première diode (D1) configurée pour être connectée entre la première phase de la source de puissance AC polyphasée et la charge électrique, dans lequel la diode est configurée pour conduire un courant depuis la première phase de la source de puissance AC polyphasée vers la charge électrique ; et une unité de commande (42, 62, 112) configurée pour s'interfacer avec le premier commutateur pour fermer, en réponse à l'apparition d'un défaut de court-circuit, le premier commutateur pendant une partie à courant négatif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée et ouvrir, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, le premier commutateur pendant une partie à courant positif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée. Système de conversion de puissance selon la revendication 1, comprenant en outre : un deuxième commutateur (T3) configuré pour être connecté entre une deuxième phase de la source de puissance AC polyphasée et la charge électrique ; une deuxième diode (D3) configurée pour être connectée entre la deuxième phase de la source de puissance AC polyphasée et la charge électrique, dans lequel la diode est configurée pour conduire un courant depuis la deuxième phase de la source de puissance AC polyphasée vers la charge électrique ; un troisième commutateur (T5) configuré pour être connecté entre une troisième phase de la source de puissance AC polyphasée et la charge électrique ; et une troisième diode (D5) configurée pour être connectée entre la troisième phase de la source de puissance AC polyphasée et la charge électrique, dans lequel la diode est configurée pour conduire un courant depuis la troisième phase de la source de puissance AC polyphasée vers la charge électrique, dans lequel l'unité de commande est configurée pour s'interfacer avec le deuxième commutateur pour fermer, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, le deuxième commutateur pendant une partie à courant négatif du cycle AC de la deuxième phase de la source de puissance AC polyphasée et ouvrir, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, le deuxième commutateur pendant une partie à courant positif du cycle AC de la deuxième phase de la source de puissance AC polyphasée, dans lequel l'unité de commande est configurée pour s'interfacer avec le troisième commutateur pour fermer, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, le troisième commutateur pendant une partie à courant négatif du cycle AC de la troisième phase de la source de puissance AC polyphasée et ouvrir, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, le troisième commutateur pendant une partie à courant positif du cycle AC de la troisième phase de la source de puissance AC polyphasée. Système de conversion de puissance selon la revendication 2, dans lequel chacune des première, deuxième et troisième phases de la source de puissance AC polyphasée est configurée pour fournir en sortie un courant alternatif qui est déphasé de 120 degrés par rapport à chacune des autres phases. Système de conversion de puissance selon la revendication 3, dans lequel chacun des premier, deuxième et troisième commutateurs et chacune des première, deuxième et troisième diodes sont configurés pour être connectés côté haut entre la source de puissance AC polyphasée et la charge électrique. Système de conversion de puissance selon la revendication 1, comprenant en outre : un premier commutateur (T2) côté bas configuré pour être connecté entre la première phase de la source de puissance AC polyphasée et la charge électrique ; et une première diode (D2) côté bas configurée pour être connectée entre la première phase de la source de puissance AC polyphasée et la charge électrique, dans lequel la diode est configurée pour conduire un courant depuis la charge électrique vers la première phase de la source de puissance AC polyphasée, dans lequel l'unité de commande est configurée pour s'interfacer avec le premier commutateur pour, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, fermer le premier commutateur et ouvrir le premier commutateur côté bas pendant une première durée et ouvrir le premier commutateur et fermer le premier commutateur côté bas pendant une deuxième durée, dans lequel les première et deuxième durées se produisent pendant des périodes de temps différentes. Système de conversion de puissance selon la revendication 5, dans lequel les première et deuxième durées comprennent au moins un cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée. Système de conversion de puissance selon la revendication 6, dans lequel l'unité de commande est configurée pour s'interfacer avec le premier commutateur pour fermer, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, le premier commutateur pendant une partie à courant négatif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée et ouvrir, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, le premier commutateur pendant une partie à courant positif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée pendant la première durée, dans lequel l'unité de commande est configurée pour s'interfacer avec le premier commutateur côté bas pour fermer, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, le premier commutateur côté bas pendant une partie à courant négatif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée et ouvrir, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, le premier commutateur côté bas pendant une partie à courant positif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée pendant la deuxième durée. Système de conversion de puissance selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier commutateur est un transistor à effet de champ à métal-oxyde-silicium (MOSFET). Système de conversion de puissance selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le système de conversion de puissance est un système de conversion de puissance à niveaux multiples configuré pour générer des formes d'onde à haute tension à partir de composants à plus basse tension. Système de conversion de puissance selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le système de conversion de puissance est un système de conversion de puissance à point neutre bloqué. Procédé de protection d'un système de conversion de puissance pendant un défaut de court-circuit, le procédé comprenant : la fermeture, par l'intermédiaire d'une unité de commande (42, 62, 112) et en réponse au court-circuit, d'un premier commutateur (34, T1) connecté à une première phase d'une source de puissance (32, 52, 120) à courant alternatif (AC) polyphasée pendant une partie à courant négatif d'un cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée ; et l'ouverture, par l'intermédiaire de l'unité de commande et en réponse au court-circuit, du premier commutateur pendant une partie à courant positif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée. Procédé selon la revendication 11, comprenant en outre : la fermeture, par l'intermédiaire d'une unité de commande (42, 62, 112) et en réponse au court-circuit, d'un deuxième commutateur (T3) connecté à une deuxième phase de la source de puissance AC polyphasée pendant une partie à courant négatif d'un cycle AC de la deuxième phase de la source de puissance AC polyphasée ; et l'ouverture, par l'intermédiaire de l'unité de commande et en réponse au court-circuit, du deuxième commutateur pendant une partie à courant positif du cycle AC de la deuxième phase de la source de puissance AC polyphasée ; la fermeture, par l'intermédiaire d'une unité de commande (42, 62, 112) et en réponse au court-circuit, d'un troisième commutateur (T6) connecté à une troisième phase de la source de puissance AC polyphasée pendant une partie à courant négatif d'un cycle AC de la troisième phase de la source de puissance AC polyphasée ; et l'ouverture, par l'intermédiaire de l'unité de commande et en réponse au court-circuit, du troisième commutateur pendant une partie à courant positif du cycle AC de la troisième phase de la source de puissance AC polyphasée. Procédé selon la revendication 12, dans lequel chacune des première, deuxième et troisième phases de la source de puissance AC polyphasée fournit en sortie un courant alternatif qui est déphasé de 120 degrés par rapport à chacune des autres phases. Procédé selon la revendication 13, dans lequel chacun des premier, deuxième et troisième commutateurs et chacune des première, deuxième et troisième diodes sont configurés pour être connectés côté haut entre la source de puissance AC polyphasée et la charge électrique. Procédé selon la revendication 11, comprenant en outre : la fermeture, par l'intermédiaire d'une unité de commande (42, 62, 112) et en réponse au court-circuit, du premier commutateur pendant une première durée ; l'ouverture, par l'intermédiaire d'une unité de commande (42, 62, 112) et en réponse au court-circuit, d'un premier commutateur côté bas pendant la première durée ; l'ouverture, par l'intermédiaire d'une unité de commande (42, 62, 112) et en réponse au court-circuit, du premier commutateur pendant une deuxième durée ; et la fermeture, par l'intermédiaire d'une unité de commande (42, 62, 112) et en réponse au court-circuit, du premier commutateur côté bas pendant la deuxième durée, dans lequel les première et deuxième durées se produisent pendant des périodes de temps différentes. Procédé selon la revendication 15, dans lequel les première et deuxième durées comprennent au moins un cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée. Procédé selon la revendication 16, comprenant en outre : la fermeture, par l'intermédiaire d'une unité de commande (42, 62, 112) et en réponse au court-circuit, du premier commutateur pendant la partie à courant négatif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée et pendant la première durée ; l'ouverture, par l'intermédiaire de l'unité de commande et en réponse au court-circuit, du premier commutateur pendant la partie à courant positif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée et pendant la première durée ; la fermeture, par l'intermédiaire d'une unité de commande et en réponse au court-circuit, du premier commutateur côté bas pendant la partie à courant négatif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée et pendant la deuxième durée ; et l'ouverture, par l'intermédiaire de l'unité de commande et en réponse au court-circuit, du premier commutateur côté bas pendant la partie à courant positif du cycle AC de la première phase de la source de puissance AC polyphasée et pendant la deuxième durée. Procédé selon l’une des revendications 11 à 17, dans lequel le premier commutateur est un transistor à effet de champ à métal-oxyde-silicium (MOSFET). Procédé selon l’une des revendications 11 à 18, dans lequel le système de conversion de puissance est un système de conversion de puissance à niveaux multiples configuré pour générer des formes d'onde à haute tension à partir de composants à plus basse tension. Système de distribution de courant continu (DC) (800) comprenant : un premier système (A, B, C, D, E) de conversion de puissance comprenant : une première source de puissance (32, 52, 120) à courant alternatif (AC) ; un premier ensemble de commutateurs (T1-T6) configurés pour être connectés entre la première source de puissance AC et un bus de distribution DC ; un premier ensemble de diodes (D1-D6) configurées pour être connectées entre la première source de puissance AC et le bus de distribution DC, dans lequel la diode est configurée pour conduire un courant depuis la première source de puissance AC vers le bus de distribution DC ; et une première unité de commande (42, 62, 112) configurée pour s'interfacer avec le premier ensemble de commutateurs pour fermer, en réponse à l'apparition d'un défaut de court-circuit, le premier ensemble de commutateurs pendant une partie à courant négatif d'un cycle AC de la première source de puissance AC et ouvrir, en réponse à l'apparition du défaut de court-circuit, le premier ensemble de commutateurs pendant une partie à courant positif du cycle AC de la première source de puissance AC ; et un deuxième système (A, B, C, D, E) de conversion de puissance comprenant : une deuxième source de puissance (32, 52, 120) à courant alternatif (AC) ; un deuxième ensemble de commutateurs (T1-T6) configurés pour être connectés entre la deuxième source de puissance AC et le bus de distribution DC ; un deuxième ensemble de diodes (D1-D6) configurées pour être connectées entre la deuxième source de puissance AC et le bus de distribution DC, dans lequel la diode est configurée pour conduire un courant depuis la deuxième source de puissance AC vers le bus de distribution DC ; et une deuxième unité de commande (42, 62, 112) configurée pour s'interfacer avec le deuxième ensemble de commutateurs pour ouvrir et fermer le deuxième ensemble de commutateurs.