Brevet FR3131135A1 — publié le 20230623

L’alimentation électrique (106) comporte : - plusieurs borne d’entrée (P1, P2, P3), une borne de masse (G), une borne intermédiaire (VC+), et deux bornes de sortie (VB+, VB-) ; - pour chaque borne d’entrée (P1, P2, P3), un convertisseur de tension continu/continu (108 1 , 108 2 , 108 3 ), un transformateur (110 1 , 110 2 , 110 3 ) d’isolation galvanique, un redresseur aval (112 1 , 112 2 , 112 3 ) ; et - un dispositif (114) de commande de ponts complets amont des convertisseurs de tension continu/continu (108 1 , 108 2 , 108 3 ), dans un mode direct. Le redresseur aval (110 1 , 110 2 , 110 3 ) comporte un pont complet aval d’interrupteurs commandables et le dispositif de commande (114) est conçu, dans un mode inverse, pour commander chaque pont complet aval pour déconnecter chaque secondaire (s1, s2, s3) des bornes de sortie (VB+, VB-) lorsque le primaire (p1, p2, p3) associé est en court-circuit. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 ALIMENTATION ELECTRIQUE Domaine technique de l’invention La présente invention concerne une alimentation électrique, en particulier conçue pour être connectée à un réseau électrique polyphasé, une installation électrique comportant une telle alimentation électrique et un engin de mobilité comportant une telle alimentation électrique. Arrière-plan technologique L’article « Single-Stage Isolated Electrolytic Capacitor-Less EV Onboard Charger With Power Decoupling » de Ali Tausif, Hoyoung Jung et Sewan Choi, publié dans « CPSS transactions on power electronics and applications » en mars 2019, décrit une alimentation électrique comportant : deux bornes d’entrée, une borne de masse, une borne intermédiaire, et deux bornes de sortie ; pour chaque borne d’entrée : un convertisseur de tension continu/continu connecté, en entrée, entre la borne d’entrée considérée et la borne de masse et, en sortie, entre la borne intermédiaire et la borne de masse, le convertisseur de tension continu/continu comportant un pont complet amont d’interrupteurs commandables, connecté entre la borne intermédiaire et la borne de masse, un transformateur d’isolation galvanique comportant un primaire connecté au pont complet amont, et un secondaire, et un redresseur aval connecté, en entrée, au secondaire du transformateur et, en sortie, aux bornes de sortie ; et un dispositif de commande des ponts complets amont, dans un mode direct de transfert d’énergie électrique des bornes d’entrée jusqu’aux bornes de sortie. Plus précisément, les convertisseurs de tension continu/continu sont des convertisseurs élévateurs entrelacés et les redresseurs aval sont des ponts complets de diodes. Cette alimentation électrique connue présente plusieurs avantages, mais ne permet pas en revanche de transférer de la puissance électrique dans le sens inverse, depuis les bornes de sortie vers les bornes d’entrée. Il peut ainsi être souhaité de garder les avantages de l’alimentation électrique connue, mais en la rendant réversible. Il est donc proposé une alimentation électrique comportant : plusieurs bornes d’entrée, une borne de masse, une borne intermédiaire, et deux bornes de sortie ; pour chaque borne d’entrée : un convertisseur de tension continu/continu connecté, en entrée, entre la borne d’entrée considérée et la borne de masse et, en sortie, entre la borne intermédiaire et la borne de masse, le convertisseur de tension continu/continu comportant un pont complet amont d’interrupteurs commandables, connecté entre la borne intermédiaire et la borne de masse, un transformateur d’isolation galvanique comportant un primaire connecté au pont complet amont, et un secondaire, et un redresseur aval connecté, en entrée, au secondaire du transformateur et, en sortie, aux bornes de sortie ; et un dispositif de commande des ponts complets amont, dans un mode direct de transfert d’énergie électrique des bornes d’entrée jusqu’aux bornes de sortie ; caractérisée en ce que : le redresseur aval comporte un pont complet aval d’interrupteurs commandables, connecté, en entrée, au secondaire du transformateur et, en sortie, aux bornes de sortie ; et le dispositif de commande est conçu, dans un mode inverse de transfert d’énergie électrique des bornes de sortie jusqu’aux bornes d’entrée, pour : commander chaque pont complet amont selon une commande amont conduisant, à certains moments, à une mise en court-circuit du primaire du transformateur, et pour commander chaque pont complet aval pour déconnecter chaque secondaire des bornes de sortie lorsque le primaire associé est en court-circuit. Grâce à l’invention, l’alimentation électrique est réversible, avec peu de modifications par rapport à l’alimentation électrique connue : remplacement des ponts complets de diodes par des ponts complets d’interrupteurs et ajout d’une commande des interrupteurs des ponts complets amont et aval dans le mode inverse. En particulier, l’alimentation électrique est une alimentation électrique isolée. L’invention peut en outre comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, selon toute combinaison techniquement possible. De façon optionnelle, le dispositif de commande est conçu, dans le mode inverse, pour commander chaque pont complet amont à une fréquence de découpage et selon un rapport cyclique variant à une basse fréquence, c’est-à-dire au moins cent fois inférieure à la fréquence de découpage. De façon optionnelle également, chaque convertisseur de tension continu/continu présente un gain dépendant du rapport cyclique selon lequel le pont complet amont du convertisseur de tension continu/continu considéré est commandé, et dans laquelle le dispositif de commande est conçu, dans le mode inverse, pour faire varier le rapport cyclique sinusoïdalement à la basse fréquence pour générer, entre la borne d’entrée du convertisseur de tension continu/continu considéré et la borne de masse, une tension sinusoïdale à la basse fréquence avec composante continue, pour être de signe constant. De façon optionnelle également, chaque pont complet amont comporte deux bras de commutation connectés entre la borne intermédiaire et la borne de masse et présentant des points milieu respectifs entre lesquels le primaire du transformateur associé est connecté. De façon optionnelle également, le dispositif de commande est conçu, dans le mode direct et/ou le mode inverse, pour commuter les deux bras de commutation de chaque pont complet amont selon le rapport cyclique associé, mais avec un déphasage entre les deux bras de commutation. De façon optionnelle également, le déphasage est de 180°. De façon optionnelle également, le convertisseur continu/continu est un convertisseur élévateur entrelacé comportant deux inductances connectées entre la borne d’entrée et respectivement les deux points milieu des deux bras de commutation. De façon optionnelle également, chaque convertisseur continu/continu comporte au moins une capacité de stockage pilotable d’énergie électrique. De façon optionnelle également, le dispositif de commande est conçu pour piloter le stockage d’énergie de la ou des capacités de stockage en modifiant, pour chaque paire d’entrée consécutives, la somme des rapports cycliques ou bien la somme des carrés des rapports cycliques des deux ponts complets amont associés. De façon optionnelle également, les bornes d’entrée sont au nombre d’au moins trois et le dispositif de commande est conçu pour commander les ponts complets amont suivant des rapports cycliques respectifs et pour réguler une tension de sortie entre les bornes de sortie en modifiant, pour chaque paire de bornes d’entrée consécutives en considérant les bornes d’entrée ordonnées de manière cyclique, la différence des rapports cycliques des deux ponts complets amont associés. Ainsi, l’alimentation électrique est adaptée à un réseau polyphasé tout en nécessitant moins de composants que la solution consistant à dupliquer l’alimentation électrique connue pour chaque tension différentielle du réseau électrique. De façon optionnelle également, la borne de masse comporte un premier conducteur en boucle et la borne intermédiaire comporte un deuxième conducteur en boucle, l’un des premier et deuxième conducteurs s’étendant à l’intérieur de l’autre. Il est également proposé une installation électrique comportant une alimentation électrique selon l’invention, et un réseau électrique qui est polyphasé et présente plusieurs phases respectivement connectées aux bornes d’entrée. De façon optionnelle, la borne de masse est différente d’un neutre du réseau électrique, c’est-à-dire non mise au même potentiel. Il est également proposé un engin de mobilité comportant une alimentation électrique selon l’invention. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la est un schéma électrique d’une alimentation électrique triphasée différentielle mettant en œuvre l’invention, la est un ensemble de chronogrammes de signaux de commande de bras de commutation de l’alimentation électrique de la , la est un schéma électrique d’implémentation d’une partie amont de l’alimentation électrique de la , et la est un schéma électrique d’une alimentation électrique monophasée différentielle mettant en œuvre l’invention. Alimentation électrique (106) comportant : plusieurs borne d’entrée (P1, P2, P3), une borne de masse (G), une borne intermédiaire (VC+), et deux bornes de sortie (VB+, VB-) ; pour chaque borne d’entrée (P1, P2, P3) : un convertisseur de tension continu/continu (108 1 , 108 2 , 108 3 ) connecté, en entrée, entre la borne d’entrée (P1, P2, P3) considérée et la borne de masse (G) et, en sortie, entre la borne intermédiaire (VC+) et la borne de masse (G), le convertisseur de tension continu/continu (108 1 , 108 2 , 108 3 ) comportant un pont complet amont d’interrupteurs commandables, connecté entre la borne intermédiaire (VC+) et la borne de masse (G), un transformateur (110 1 , 110 2 , 110 3 ) d’isolation galvanique comportant un primaire (p1, p2, p3) connecté au pont complet amont, et un secondaire (s1, s2, s3), un redresseur aval (112 1 , 112 2 , 112 3 ) connecté, en entrée, au secondaire (s1, s2, s3) du transformateur (110 1 , 110 2 , 110 3 ) et, en sortie, aux bornes de sortie (VB+, VB-) ; et un dispositif (114) de commande des ponts complets amont, dans un mode direct de transfert d’énergie électrique des bornes d’entrée (P1, P2, P3) jusqu’aux bornes de sortie (VB+, VB-) ; caractérisée en ce que : le redresseur aval (110 1 , 110 2 , 110 3 ) comporte un pont complet aval d’interrupteurs commandables, connecté, en entrée, au secondaire (s1, s2, s3) du transformateur (110 1 , 110 2 , 110 3 ) et, en sortie, aux bornes de sortie (VB+, VB-) ; et le dispositif de commande (114) est conçu, dans un mode inverse de transfert d’énergie électrique des bornes de sortie (VB+, VB-) jusqu’aux bornes d’entrée (P1, P2, P3), pour : commander chaque pont complet amont selon une commande amont conduisant, à certains moments, à une mise en court-circuit du primaire (p1, p2, p3) du transformateur (110 1 , 110 2 , 110 3 ), et pour commander chaque pont complet aval pour déconnecter chaque secondaire (s1, s2, s3) des bornes de sortie (VB+, VB-) lorsque le primaire (p1, p2, p3) associé est en court-circuit. Alimentation électrique (106) selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de commande (114) est conçu, dans le mode inverse, pour commander chaque pont complet amont à une fréquence de découpage (F) et selon un rapport cyclique variant à une basse fréquence, c’est-à-dire au moins cent fois inférieure à la fréquence de découpage (F). Alimentation électrique (106) selon la revendication 2, dans laquelle chaque convertisseur de tension continu/continu (108 1 , 108 2 , 108 3 ) présente un gain dépendant du rapport cyclique selon lequel le pont complet amont du convertisseur de tension continu/continu (108 1 , 108 2 , 108 3 ) considéré est commandé, et dans laquelle le dispositif de commande (114) est conçu, dans le mode inverse, pour faire varier le rapport cyclique sinusoïdalement à la basse fréquence pour générer, entre la borne d’entrée (P1, P2, P3) du convertisseur de tension continu/continu (108 1 , 108 2 , 108 3 ) considéré et la borne de masse (G), une tension sinusoïdale (V1, V2, V3) à la basse fréquence avec composante continue, pour être de signe constant. Alimentation électrique (106) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle chaque pont complet amont comporte deux bras de commutation (B1a, B1b, B2a, B2b, B3a, B3b) connectés entre la borne intermédiaire (VC+) et la borne de masse (G) et présentant des points milieu respectifs entre lesquels le primaire (p1, p2, p3) du transformateur (110 1 , 110 2 , 110 3 ) associé est connecté. Alimentation électrique (106) selon la revendication 2 ou 3 prise ensemble avec la revendication 4, dans laquelle le dispositif de commande (114) est conçu, dans le mode direct et/ou le mode inverse, pour commuter les deux bras de commutation (B1a, B1b, B2a, B2b, B3a, B3b) de chaque pont complet amont selon le rapport cyclique associé, mais avec un déphasage entre les deux bras de commutation (B1a, B1b, B2a, B2b, B3a, B3b). Alimentation électrique (106) selon la revendication 5, dans laquelle le déphasage est de 180°. Alimentation électrique (106) selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans laquelle le convertisseur continu/continu (108 1 , 108 2 , 108 3 ) est un convertisseur élévateur entrelacé comportant deux inductances (L1a, L1b, L2a, L2b, L3a, L3b) connectées entre la borne d’entrée (P1, 2, P3) et respectivement les deux points milieu des deux bras de commutation (B1a, B1b, B2a, B2b, B3a, B3b). Alimentation électrique (106) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle chaque convertisseur continu/continu (108 1 , 108 2 , 108 3 ) comporte au moins une capacité de stockage pilotable d’énergie électrique. Alimentation électrique (106) selon la revendication 8, dans laquelle le dispositif de commande (114) est conçu pour piloter le stockage d’énergie de la ou des capacités de stockage (C1, C2) en modifiant, pour chaque paire de bornes d’entrée (P1, P2,P3) consécutives, la somme des rapports cycliques ou bien la somme des carrés des rapports cycliques des deux ponts complets amont associés. Alimentation électrique (106) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans laquelle les bornes d’entrée (P1, P2, P3) sont au nombre d’au moins trois et dans laquelle le dispositif de commande (114) est conçu pour commander les ponts complets amont suivant des rapports cycliques respectifs et pour réguler une tension de sortie (VB) entre les bornes de sortie (VB+, VB-) en modifiant, pour chaque paire de bornes d’entrée (P1, P2,P3) consécutives en considérant les bornes d’entrée (P1, P2, P3) ordonnées de manière cyclique, la différence des rapports cycliques des deux ponts complets amont associés. Alimentation électrique (106) selon la revendication 10, dans laquelle la borne de masse (G) comporte un premier conducteur en boucle et la borne intermédiaire (VC+) comporte un deuxième conducteur en boucle, l’un des premier et deuxième conducteurs s’étendant à l’intérieur de l’autre. Installation électrique (100) comportant une alimentation électrique (106) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, et un réseau électrique (102) qui est polyphasé et présente plusieurs phases respectivement connectées aux bornes d’entrée (P1, P2, P3). Engin de mobilité comportant une alimentation électrique selon l’une quelconque des revendications 1 à 11.