Brevet FR3116959A1 — publié le 20220603

TOPOLOGIE D’UN CONTRÔLEUR DE PUISSANCE À SEMI-CONDUCTEURS AVEC DEUX CONDENSATEURS INTERMÉDIAIRES Architecture et procédé de commande d’un contrôleur de puissance à semi-conducteurs (SSPC) bidirectionnel à courant continu (CC). Le SSPC protège un système de distribution CC en isolant indépendamment les bus positif et négatif en cas de court-circuit ou de défaut à la terre. L’architecture SSPC comprend deux condensateurs entrelacés à auto-réparation et inclut une technique de commande de charge douce et rapide qui fournit une charge isolée de la ligne du condensateur de masse CC pour éviter le courant d’appel lors de la mise sous tension du système de distribution CC. La fonction de charge douce charge alternativement l’un des deux condensateurs entrelacés, tandis que l’autre condensateur se décharge vers le condensateur de masse CC. La commutation répétitive se traduit par un processus de charge et de décharge qui augmente la tension du condensateur de masse CC avant la mise sous tension du système de distribution CC, tout en maintenant la source d’alimentation CC isolée de la charge. Fig. 1 TOPOLOGIE D’UN CONTRÔLEUR DE PUISSANCE À SEMI-CONDUCTEURS AVEC DEUX CONDENSATEURS INTERMÉDIAIRES La divulgation concerne les convertisseurs de puissance, et spécifiquement les contrôleurs de puissance à semi-conducteurs à courant continu bidirectionnel. ARRIÈRE-PLAN La distribution de puissance en courant continu (CC) est utilisée dans les industries aérospatiale et maritime. Différents types de contrôleurs de puissance à semi-conducteurs (SSPC) peuvent assurer la commande et la protection de la distribution de puissance CC. Certains exemples de SSPC peuvent protéger le système de distribution CC en cas de court-circuit ou de défaut à la terre. Certains exemples de SSPC peuvent également inclure un processus de charge douce pour aider à éviter le courant d’appel, par exemple, pendant le démarrage d’un système de distribution CC. RÉSUMÉ En général, la divulgation décrit une architecture et un procédé de commande d’un contrôleur de puissance à semi-conducteurs (SSPC) bidirectionnel à courant continu (CC). Le SSPC protège un système de distribution de puissance, par exemple un système de distribution de puissance CC, en isolant indépendamment les bus positif et négatif en cas de court-circuit ou de défaut à la terre. L’architecture SSPC comprend deux condensateurs imbriqués à autoréparation et fonctionne avec une technique de commande de charge douce qui fournit une charge isolée de la ligne du condensateur de masse pour éviter le courant d’appel lors de la mise sous tension du système de distribution. La fonction de charge douce charge alternativement l’un des deux condensateurs entrelacés, tandis que l’autre condensateur se décharge vers le condensateur de masse. La commutation répétitive entraîne un processus de charge et de décharge qui augmente la tension du condensateur de masse avant la mise sous tension du système de distribution, tout en maintenant la source d’alimentation isolée de la charge. Dans un exemple, cette divulgation décrit un circuit comprenant un bus différentiel comprenant un rail du côté haut et un rail du côté bas ; un condensateur de masse couplé entre le rail du côté haut et le rail du côté bas, le condensateur de masse étant configuré pour filtrer la puissance de sortie par le circuit ; et un circuit de précharge configuré pour précharger le condensateur de masse, le circuit de précharge comprenant un premier commutateur et un second commutateur ; un premier condensateur intermédiaire et un second condensateur intermédiaire ; une borne de drain du premier commutateur étant directement couplée à une première borne du second condensateur intermédiaire et une borne de source du premier commutateur étant directement couplée à une première borne du premier condensateur ; une borne de drain du second commutateur étant directement couplée à une seconde borne du second condensateur et la borne de source du second commutateur étant directement couplée à une seconde borne du premier condensateur. Dans un autre exemple, cette divulgation décrit un procédé de commande d’un circuit de précharge couplé entre une source d’alimentation et un bus différentiel comprenant l’activation et la désactivation d’un premier commutateur et d’un second commutateur pendant une première période de temps pour transférer de l’énergie de la source d’alimentation à un premier condensateur intermédiaire et isoler le premier condensateur intermédiaire d’un condensateur de masse : le circuit de précharge comprenant le premier commutateur et le second commutateur, le bus différentiel comprenant un rail du côté haut et un rail du côté bas, et le condensateur de masse étant couplé entre le rail du côté haut et le rail du côté bas ; l’activation et la désactivation du premier commutateur et du second commutateur pendant une deuxième période de temps pour transférer de l’énergie du premier condensateur intermédiaire au condensateur de masse et isoler le premier condensateur intermédiaire de la source d’alimentation ; l’activation et la désactivation du premier commutateur et du second commutateur pendant la deuxième période de temps pour transférer de l’énergie de la source d’alimentation au second condensateur intermédiaire et isoler le second condensateur intermédiaire du condensateur de masse ; et l’activation et la désactivation du premier commutateur et du second commutateur pendant la première période de temps pour transférer de l’énergie du second condensateur intermédiaire au condensateur de masse et isoler le second condensateur intermédiaire de la source d’alimentation. Dans un autre exemple, la présente divulgation décrit un dispositif comprenant un support lisible par ordinateur non transitoire sur lequel sont stockées des instructions exécutables, configurées pour être exécutables par des circuits de traitement pour amener les circuits de traitement à : activer et désactiver un premier commutateur et un second commutateur pendant une première période de temps pour transférer de l’énergie de la source d’alimentation à un premier condensateur intermédiaire et isoler le premier condensateur intermédiaire d’un condensateur de masse. Le circuit de précharge comprend le premier commutateur et le second commutateur, le bus différentiel comprend un rail du côté haut et un rail du côté bas, et le condensateur de masse est couplé entre le rail du côté haut et le rail du côté bas. Les instructions amènent en outre les circuits de traitement à activer et désactiver le premier commutateur et le second commutateur pendant une deuxième période de temps pour transférer de l’énergie du premier condensateur intermédiaire au condensateur de masse et isoler le premier condensateur intermédiaire de la source d’alimentation ; activer et désactiver le premier commutateur et le second commutateur pendant la deuxième période de temps pour transférer de l’énergie de la source d’alimentation au second condensateur intermédiaire et isoler le second condensateur intermédiaire du condensateur de masse ; et activer et désactiver le premier commutateur et le second commutateur pendant la première période de temps pour transférer de l’énergie du second condensateur intermédiaire au condensateur de masse et isoler le second condensateur intermédiaire de la source d’alimentation. Les détails d’un ou plusieurs exemples de la divulgation sont exposés dans les dessins ci-joints et la description ci-dessous. D’autres caractéristiques, objets et avantages de la divulgation apparaîtront à la lecture de la description et des dessins, ainsi que des revendications. est un schéma fonctionnel illustrant un système qui comprend un circuit de précharge couplé entre une source d’alimentation et un bus différentiel, conformément à une ou plusieurs techniques de cette divulgation. et sont des diagrammes schématiques montrant un mode de charge avant, conformément à une ou plusieurs techniques de cette divulgation. est un schéma illustrant un convertisseur de puissance mis en œuvre en utilisant des transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur à canal n avec des diodes antiparallèles, avec un exemple de mode de commande en boucle fermée, conformément à une ou plusieurs techniques de cette divulgation. est un schéma fonctionnel conceptuel montrant un agencement de circuit pour de multiples circuits de précharge, conformément à une ou plusieurs techniques de cette divulgation. est un organigramme illustrant un exemple d’opération de démarrage pour un circuit de convertisseur de puissance, selon une ou plusieurs techniques de cette divulgation. est un organigramme illustrant un exemple de fonctionnement d’un circuit de précharge selon une ou plusieurs techniques de cette divulgation. Circuit (100, 200, 300) comprenant : un bus différentiel (160, 460, 462) comprenant un rail côté haut (162) et un rail côté bas (164) ; un condensateur de masse (150, 450, 452) couplé entre le rail du côté haut et le rail du côté bas, le condensateur de masse étant configuré pour filtrer la puissance délivrée par le circuit ; et un circuit de précharge (120, 420, 422) configuré pour précharger le condensateur de masse, le circuit de précharge comprenant : un premier commutateur (132, 230, 330) et un second commutateur (130, 132, 332) ; un premier condensateur intermédiaire (140) et un second condensateur intermédiaire (142) ; une borne de drain du premier commutateur étant directement couplée à une première borne du second condensateur intermédiaire et une borne de source du premier commutateur étant directement couplée à une première borne du premier condensateur ; une borne de drain du second commutateur étant directement couplée à une seconde borne du second condensateur et la borne de source du second commutateur étant directement couplée à une seconde borne du premier condensateur. Circuit selon la revendication 1, le circuit de précharge étant configuré pour précharger le condensateur de masse avant de connecter une source d’alimentation (110, 410, 412) à une charge (170), et le circuit de précharge étant configuré pour connecter et déconnecter le rail du côté haut (162) et le rail du côté bas (164) tout en préchargeant le condensateur de masse. Circuit selon la revendication 1, comprenant en outre une source d’alimentation (110, 410, 412) configurée pour générer une puissance et couplée au circuit de précharge ; le circuit de précharge comprenant en outre une pluralité de diodes (121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128), une anode d’une première diode (121) et une cathode d’une deuxième diode (122) de la pluralité de diodes se connectant à une première borne (112) de la source d’alimentation ; une anode d’une troisième diode (123) et une cathode d’une quatrième diode (124) se connectant au rail côté haut ; une anode d’une cinquième diode (125) et une cathode d’une sixième diode (126) se connectant à une seconde borne (114) de la source d’alimentation ; une anode d’une septième diode (127) et une cathode d’une huitième diode (128) se connectant au rail du côté bas. Circuit selon la revendication 3, comprenant en outre un contrôleur (190, 390, 490) configuré pour faire fonctionner le circuit de précharge pour : activer et désactiver le premier commutateur et le second commutateur pendant une première période de temps pour transférer de l’énergie de la source d’alimentation au premier condensateur intermédiaire et isoler le premier condensateur intermédiaire du condensateur de masse ; et activer et désactiver le premier commutateur et le second commutateur pendant une deuxième période de temps pour transférer de l’énergie du premier condensateur intermédiaire au condensateur de masse et isoler le premier condensateur intermédiaire de la source d’alimentation. Circuit selon la revendication 4, le contrôleur étant configuré pour faire fonctionner le circuit de précharge pour : activer et désactiver le premier commutateur et le second commutateur pendant la deuxième période de temps pour transférer de l’énergie de la source d’alimentation au second condensateur intermédiaire et isoler le second condensateur intermédiaire du condensateur de masse ; et activer et désactiver le premier commutateur et le second commutateur pendant la première période de temps pour transférer de l’énergie du second condensateur intermédiaire au condensateur de masse et isoler le second condensateur intermédiaire de la source d’alimentation. Circuit selon la revendication 1, comprenant en outre un contrôleur (190, 390, 490) configuré pour : précharger le condensateur de masse en utilisant une commande en boucle ouverte à un premier moment ; surveiller un changement de tension à travers le condensateur de masse ; en réponse à la variation de tension satisfaisant un seuil de variation de tension, précharger le condensateur de masse en utilisant un mode de commande en boucle fermée à un second moment suivant le premier moment. Circuit selon la revendication 6, le circuit étant configuré pour fournir de l’énergie à une charge (170), le contrôleur étant configuré pour : déterminer un type de charge, sélectionner le mode de commande en boucle fermée parmi une pluralité de modes de commande en boucle fermée en fonction du type de la charge, précharger le condensateur de masse en utilisant le mode de commande en boucle fermée sélectionné. Circuit selon la revendication 7, le mode de commande sélectionné comprenant un mode de commande d’hystérésis de courant électrique. Circuit selon la revendication 7, la charge comprenant un inverseur configuré pour convertir la puissance filtrée par le condensateur de masse. Circuit selon la revendication 1, comprenant en outre un contrôleur (190, 390, 490) configuré pour : mesurer un temps de décharge du premier condensateur intermédiaire ; déterminer si le temps de décharge est inférieur à une durée de seuil ; et déterminer une condition de court-circuit dans le condensateur de masse en réponse à la détermination que le temps de décharge est inférieur à la durée de seuil. Circuit selon la revendication 1, comprenant en outre : une source d’alimentation (110, 410, 412) configurée pour générer de l’énergie électrique et couplée au circuit de précharge ; un contrôleur configuré pour : détecter un défaut sur le rail côté haut ou sur le rail côté bas ; et en réponse à la détection du défaut, désactiver le premier commutateur et le second commutateur pour isoler le rail côté haut et le rail côté bas de la source d’alimentation. Circuit selon la revendication 11, la source d’alimentation étant une source d’alimentation à courant continu (CC). Circuit selon la revendication 11, le circuit étant bidirectionnel dans lequel la source d’alimentation fournit de l’énergie à une charge (170) à un premier moment et reçoit de l’énergie de la charge à un second moment. Circuit selon l’une des revendications précédentes, le premier condensateur intermédiaire et le second condensateur intermédiaire comprenant un condensateur non polarisé à auto-régénération. Procédé pour commander un circuit de précharge (120, 420, 422) couplé entre une source d’alimentation (110, 410, 412) et un bus différentiel (160, 460, 462), le procédé comprenant : l’activation et la désactivation, par un contrôleur (190, 390, 490), d’un premier commutateur (132, 230, 330) et d’un second commutateur (130, 132, 332) pendant une première période de temps pour transférer de l’énergie de la source d’alimentation à un premier condensateur intermédiaire (140) et isoler le premier condensateur intermédiaire d’un condensateur de masse (150, 450, 452), le circuit de précharge comprenant le premier commutateur et le second commutateur, le bus différentiel comprenant un rail côté haut (162) et un rail côté bas (164), et le condensateur de masse étant couplé entre le rail côté haut et le rail côté bas ; l’activation et la désactivation du premier commutateur et du second commutateur pendant une deuxième période de temps pour transférer de l’énergie du premier condensateur intermédiaire au condensateur de masse et isoler le premier condensateur intermédiaire de la source d’alimentation l’activation et la désactivation du premier commutateur et du second commutateur pendant la deuxième période de temps pour transférer de l’énergie de la source d’alimentation à un second condensateur intermédiaire et isoler le second condensateur intermédiaire du condensateur de masse ; et l’activation et la désactivation du premier commutateur et du second commutateur pendant la première période de temps pour transférer de l’énergie du second condensateur intermédiaire au condensateur de masse et isoler le second condensateur intermédiaire de la source d’alimentation. Procédé selon la revendication 15 ou la revendication 16, comprenant en outre : l’utilisation, par le contrôleur, d’une commande en boucle ouverte pour précharger le condensateur de masse à un premier moment ; pendant l’utilisation d’une commande en boucle ouverte pour précharger le condensateur de masse, la réception d’un signal indiquant une variation de tension aux bornes du condensateur de masse ; en réponse à la variation de tension satisfaisant un seuil de variation de tension, l’utilisation, par le contrôleur, d’un mode de commande en boucle fermée à un second moment ultérieur au premier moment pour précharger le condensateur de masse. Procédé selon la revendication 15, comprenant en outre : la détection si un défaut existe au niveau du rail du côté haut ou du rail du côté bas ; et en réponse à la détection du défaut, désactiver le premier commutateur et le second commutateur pour isoler le rail côté haut et le rail côté bas de la source d’alimentation. Dispositif comprenant un support lisible par ordinateur non transitoire sur lequel sont stockées des instructions exécutables, configurées pour être exécutables par des circuits de traitement pour amener les circuits de traitement à : activer et désactiver un premier commutateur (132, 230, 330) et un second commutateur (130, 132, 332) pendant une première période de temps pour transférer de l’énergie d’une source d’alimentation (110, 410, 412) à un premier condensateur intermédiaire (140) et isoler le premier condensateur intermédiaire d’un condensateur de masse (150, 450, 452), le condensateur de masse étant couplé entre un rail du côté haut (162) et le rail du côté bas (164) d’un bus différentiel (160, 460, 462) ; activer et désactiver le premier commutateur et le second commutateur pendant une deuxième période de temps pour transférer de l’énergie du premier condensateur intermédiaire au condensateur de masse et isoler le premier condensateur intermédiaire de la source d’alimentation ; activer et désactiver le premier commutateur et le second commutateur pendant la deuxième période de temps pour transférer de l’énergie de la source d’alimentation à un second condensateur intermédiaire et isoler le second condensateur intermédiaire du condensateur de masse ; et activer et désactiver le premier commutateur et le second commutateur pendant la première période de temps pour transférer de l’énergie du second condensateur intermédiaire au condensateur de masse et isoler le second condensateur intermédiaire de la source d’alimentation. Dispositif selon la revendication 18, les instructions étant configurées pour amener les circuits de traitement à : utiliser une commande en boucle ouverte pour précharger le condensateur de masse à un premier moment ; pendant l’utilisation d’une commande en boucle ouverte pour précharger le condensateur de masse, recevoir un signal indiquant une variation de tension aux bornes du condensateur de masse ; en réponse à la variation de tension satisfaisant un seuil de variation de tension, utiliser un mode de commande en boucle fermée à un second moment ultérieur au premier moment pour précharger le condensateur de masse. Dispositif selon la revendication 18 ou la revendication 19, le convertisseur de puissance électrique étant configuré pour fournir de la puissance à une charge (170), et les instructions étant configurées pour amener les circuits de traitement à : déterminer un type de charge, sélectionner le mode de commande en boucle fermée parmi une pluralité de modes de commande en boucle fermée en fonction du type de la charge, et précharger le condensateur de masse en utilisant le mode de commande en boucle fermée sélectionné.