Brevet FR3157705A1 — publié le 20250627

L’invention concerne un circuit de limitation (12a) du courant d’appel dans une alimentation à découpage comprenant : – un pont de diodes (11) ; et – un condensateur de filtrage (Cf) connecté entre, d’une part, une alimentation haute (V+) et un point haut (Ph) du pont de diodes (11) et, d’autre part, une alimentation basse (V-) et à un point bas (Pb) du pont de diodes (11) ; le circuit de limitation (12a) comprenant : – un pont diviseur de tension réalisé par une résistance haute (Rh) connectée à l’alimentation haute et une résistance basse (Rb) connectée au point bas ; – un transistor à effet de champ (T) dont la source et le drain sont connectés entre le point bas et l’alimentation basse, la grille étant connectée à un point milieu (Pm) du pont diviseur de tension ; et – un condensateur de limitation (Cl) connecté entre le point bas et le point milieu. Figure pour l’abrégé : Fig 3 CIRCUIT DE LIMITATION DU COURANT D’APPEL DANS UNE ALIMENTATION A DECOUPAGE, ETAGE D’ENTREE, ALIMENTATION A DECOUPAGE ET DISPOSITIF DE SIGNALISATION LUMINEUSE ASSOCIES L’invention se rattache au domaine de l’électronique, et plus particulièrement des alimentations à découpage, par exemple pour un dispositif de signalisation lumineuse. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse pour limiter le courant d’appel dans une alimentation à découpage et trouve ainsi une application dans de nombreux domaine mettant en œuvre une telle alimentation. Arrière-plan de l’invention Dans une alimentation électrique, en particulier une alimentation à découpage, un grand nombre de problèmes peuvent être causés par le courant d’appel, également appelé « courant d’inrush » dans la littérature anglo-saxonne. Ce courant d’appel désigne le pic de courant excessif qui se produit lors de la mise sous tension initiale de l’alimentation électrique. Ce pic peut causer des dommages aux composants électroniques, entraîner une usure prématurée de l’alimentation électrique, provoquer des chutes de tension inopinées sur le réseau et déclencher inutilement des dispositifs de protection, comme les disjoncteurs. Plus précisément, tel qu’illustré sur la FIG. 1 , l’étage d’entrée 100 d’une alimentation électrique à découpage inclut classiquement un pont de diodes 11 et un condensateur de filtrage Cf . Le pont de diodes 11 est responsable de la conversion du courant alternatif en courant continu, tandis que le condensateur de filtrage Cf a pour rôle de lisser la tension issue du pont de diodes. Pour ce faire, le pont de diodes comprend classiquement quatre diodes D1 - D4 . La tension alternative d’entrée Vin est appliquée entre les diodes D1 - D3 et D2 - D4 . En outre, les diodes D1 - D2 sont connectées au point haut Ph du pont de diodes 11 alors que les diodes D3 - D4 sont connectées au point bas Pb du pont de diodes 11 . Le condensateur de filtrage Cf est connecté entre le point haut Ph et le point bas Pb , également connectés respectivement à une alimentation haute V+ et une alimentation basse V- . Cette configuration est essentielle pour fournir une alimentation stable au dispositif à découpage, situé en aval. Le courant d’appel se forme principalement en raison de la charge initiale du condensateur de filtrage Cf . Au moment de la mise sous tension, le condensateur de filtrage Cf , qui est initialement déchargé, se comporte comme un court-circuit, entraînant un appel de courant très élevé depuis le réseau. Ce pic de courant est d’autant plus important que la capacité du condensateur de filtrage Cf est grande. Il perdure jusqu’à ce que le condensateur de filtrage Cf atteigne sa charge maximale, correspondant à la tension crête de la tension alternative d’entrée Vin . Cette situation est critique car elle peut induire des contraintes thermiques et électriques excessives sur le pont de diodes 11 et le condensateur de filtrage Cf , ainsi que sur le réseau électrique lui-même. Pour limiter ce courant d’appel, il est connu d’utiliser au moins une résistance de précharge Ra connectée entre le point bas Pb du pont de diodes 11 et le condensateur de filtrage Cf , tel qu’illustré sur la FIG. 2 . L’utilisation de cette résistance de précharge Ra peut être commandée par un circuit d’activation, souvent réalisé à l’aide de relais, ainsi qu’un circuit de mesure de la tension aux bornes du condensateur de filtrage. Le circuit d’activation est conçu pour contrôler l’application de la résistance de précharge Ra au circuit. Cette activation est typiquement gérée par des relais, qui peuvent connecter ou déconnecter la résistance de précharge en fonction de certains paramètres de fonctionnement du circuit, tels que la tension aux bornes du condensateur de filtrage Cf . Ce processus est supervisé par le circuit de mesure de la tension, qui surveille en permanence la tension aux bornes du condensateur de filtrage Cf et envoie des signaux au circuit d’activation. Toutefois, cette approche présente plusieurs inconvénients. Premièrement, la fermeture du relais impose un comportement tout ou rien de la résistance de précharge Ra . Cela signifie que la résistance de précharge Ra est soit complètement engagée, soit complètement déconnectée, ce qui peut ne pas être idéal pour une régulation précise du courant d’appel. Une transition trop abrupte peut entraîner des pics de courant indésirables ou d’autres phénomènes électriques nuisibles. De plus, l’utilisation de relais et d’un circuit de mesure de la tension nécessite un grand nombre de composants supplémentaires. Ces composants non seulement augmentent la complexité globale du circuit, mais aussi son coût et sa taille. De plus, la fiabilité du système peut être compromise, car l’ajout de composants supplémentaires, en particulier des relais mécaniques, augmente le risque de défaillance. En résumé, bien que l’utilisation d’une résistance de précharge Ra associée à un circuit d’activation basé sur des relais et un circuit de mesure de la tension offre une solution pour contrôler le courant d’appel dans les alimentations à découpage, elle présente des limites en termes de précision de contrôle, de complexité, de coût et de fiabilité. Une autre approche pour former la résistance de précharge Ra utilise une technologie de résistance dont la résistivité varie avec la température. Ces composants, connus sous le nom de " surge guard " ou " inrush current limiter " dans la littérature anglo-saxonne, exploitent les propriétés des matériaux thermistants pour contrôler le courant d’appel. Lorsque l’équipement est à l’arrêt et que le composant est froid, la résistance de précharge Ra présente une grande résistivité. Cette haute résistance initiale limite efficacement le courant d’appel en réduisant le flux de courant vers le condensateur de filtrage Cf au moment de la mise sous tension. Au fur et à mesure que le courant traverse la résistance de précharge Ra , elle commence à chauffer, ce qui diminue sa résistivité. Ainsi, la résistance diminue progressivement, permettant un courant plus élevé de passer et assurant une montée en tension graduelle du condensateur de filtrage Cf , ce qui protège les autres composants du circuit contre les pics de courant. Cependant, cette solution présente un problème significatif en cas de perte brutale de l’alimentation. En effet, si l’alimentation est coupée et rétablie rapidement (par exemple, en cas de micro-coupure), la résistance de précharge Ra reste chaude du cycle précédent et ne présente donc pas la grande résistance initiale nécessaire pour limiter le courant d’appel lors du redémarrage. En conséquence, le condensateur de filtrage Cf peut être exposé à un pic de courant d’appel élevé, similaire à celui qu’il aurait sans aucune résistance de précharge. Cela peut entraîner un stress thermique et électrique sur les composants du circuit, notamment le pont de diodes 11 et le condensateur de filtrage Cf , et potentiellement réduire leur durée de vie ou causer des défaillances. Cette limitation de la résistance de précharge Ra souligne la nécessité d’une solution plus robuste et fiable pour gérer le courant d’appel dans les alimentations à découpage, en particulier dans des scénarios où les coupures de courant sont fréquentes ou imprévisibles. Pour résoudre ce problème technique, l’invention propose d’utiliser une résistance de précharge associée à un circuit de commutation intégrant un transistor à effet de champ dont la grille se charge progressivement lors de la mise sous tension de sorte à inhiber progressivement la résistance de précharge. Pour ce faire, le circuit de commutation comprend un pont diviseur de tension réalisé par deux résistances : une résistance haute connectée à l’alimentation haute et une résistance basse connectée au point bas du pont de diodes. La source et le drain du transistor à effet de champ sont connectés respectivement entre le point bas du pont de diodes et l’alimentation basse, tandis que la grille est connectée à un point milieu du pont diviseur de tension. En outre, un condensateur de limitation est également connecté entre le point bas du pont de diodes et le point milieu du pont diviseur de tension. Ce circuit de commutation permet de réaliser une commutation progressive de la résistance de précharge, avec des composants fiables et peu onéreux, tout en permettant une décharge rapide du condensateur de limitation entre deux mises sous tension. Selon un premier aspect, l’invention concerne un circuit de limitation du courant d’appel dans une alimentation à découpage comprenant : – un pont de diodes ; et – un condensateur de filtrage connecté entre, d’une part, une alimentation haute et un point haut du pont de diodes et, d’autre part, une alimentation basse et, par l’intermédiaire d’au moins une résistance de précharge, un point bas du pont de diodes. L’invention se caractérise en ce que le circuit de limitation comprend : – un pont diviseur de tension réalisé par au moins deux résistances : une résistance haute connectée à l’alimentation haute et une résistance basse connectée au point bas du pont de diodes ; – un transistor à effet de champ dont la source et le drain sont connectés entre le point bas du pont de diodes et l’alimentation basse, la grille étant connectée à un point milieu du pont diviseur de tension ; et – un condensateur de limitation connecté entre le point bas du pont de diodes et le point milieu du pont diviseur de tension. Ainsi, le circuit de limitation intègre au moins un pont diviseur de tension composé de deux résistances, en conjonction avec un transistor à effet de champ. Cette configuration assure une régulation progressive de la résistance de précharge, minimisant ainsi efficacement le pic de courant d’appel. De préférence, le circuit de limitation comprend également une diode zener connectée entre le point bas du pont de diodes et le point milieu du pont diviseur de tension, ce qui permet de limiter avec précision la tension de grille du transistor à effet de champ à une valeur sécuritaire, typiquement inférieure à 20 volts. Il est recommandé que le condensateur de limitation au sein du circuit ait une capacité choisie entre 0.5 et 2 µF, équilibrant ainsi parfaitement la limitation du courant d’appel et la réactivité du circuit. Le circuit devrait idéalement inclure une résistance haute avec une résistivité située entre 0.5 et 2 méga-ohms et une résistance basse avec une résistivité entre 0.1 et 0.8 méga-ohms, permettant ainsi un ajustement précis du pont diviseur de tension pour un contrôle optimal du courant d’appel. Le circuit de limitation, selon le premier aspect de l’invention, est avantageusement intégré dans l’étage d’entrée d’une alimentation à découpage, avec une résistance de précharge spécifiée pour offrir une solution complète et efficace pour les alimentations à découpage. Le circuit, conformément aux configurations décrites, est particulièrement adapté pour être utilisé dans des alimentations à découpage et des dispositifs de signalisation lumineuse, garantissant ainsi une performance et une longévité accrues des équipements concernés. Description sommaire des figures La manière de réaliser l’invention, ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description des modes de réalisations qui suivent, à l’appui des figures annexées dans lesquelles : La FIG. 1 illustre un schéma électrique simplifié d’un étage d’entrée d’une alimentation à découpage selon l’état de la technique ; La FIG. 2 illustre un schéma électrique simplifié d’un étage d’entrée d’une alimentation à découpage avec une résistance de précharge selon l’état de la technique ; La FIG. 3 illustre un schéma électrique simplifié d’un étage d’entrée d’une alimentation à découpage selon un premier mode de réalisation de l’invention ; et La FIG. 4 illustre un schéma électrique simplifié d’un étage d’entrée d’une alimentation à découpage selon un second mode de réalisation de l’invention. Description détaillée La FIG. 3 illustre l’étage d’entrée 10a d’une alimentation à découpage, intégrant un pont de diodes 11 , un condensateur de filtrage Cf , une résistance de précharge Ra , et un circuit de limitation du courant d’appel 12a . Le pont de diodes 11 réalise la conversion du courant alternatif en courant continu, tandis que le condensateur de filtrage Cf a pour rôle de lisser la tension issue du pont de diodes. Pour ce faire, le pont de diodes comprend classiquement quatre diodes D1 - D4 . La tension alternative d’entrée Vin est appliquée entre les diodes D1 - D3 et D2 - D4 . En outre, les diodes D1 - D2 sont connectées au point haut Ph du pont de diodes 11 alors que les diodes D3 - D4 sont connectées au point bas Pb du pont de diodes 11 . Le condensateur de filtrage Cf est connecté entre le point haut Ph et le point bas Pb , également connectés respectivement à une alimentation haute V+ et une alimentation basse V- . La connexion du condensateur de filtrage Cf au point bas Pb du pont de diodes 11 est réalisée par l’intermédiaire de la résistance de précharge Ra . Par exemple, cette résistance de précharge Ra peut présenter une résistivité comprise entre 1 et 1000 ohms. De préférence, cette résistance de précharge Ra peut être implémentée par deux composants résistances cms de 100 ohms placées en série. Le point bas Pb du pont de diodes 11 est également connecté au circuit de limitation du courant d’appel 12a . Ce circuit intègre un pont diviseur de tension formé par une résistance haute Rh et une résistance basse Rb , un condensateur de limitation Cl positionné en parallèle de la résistance basse Rb et un transistor à effet de champ T . Le condensateur de limitation Cl présente préférentiellement une capacité comprise entre 0.5 et 2 µF, par exemple une capacité de 1 µF. La résistance haute Rh présente préférentiellement une résistivité comprise entre 0.5 et 2 méga-ohms, par exemple 1 méga-ohm, alors que la résistance basse Rb présente préférentiellement une résistivité comprise entre 0.1 et 0.8 méga-ohms, par exemple 0.47 méga-ohms. La source S et le drain D sont connectés entre le point bas Pb du pont de diodes 11 et l’alimentation basse V- . Le transistor à effet de champ T est préférentiellement un transistor MOSFET de type N. La grille G du transistor à effet de champ T est reliée à un point milieu Pm du pont diviseur de tension. Lorsqu’une tension est appliquée sur l’entrée Vin de l’étage d’entrée 10a , le courant traverse le pont de diodes 11 et charge le condensateur de filtrage Cf en passant par le point haut Ph . Le courant traverse ensuite la résistance de précharge Ra pour revenir vers le pont de diodes 11 par le point bas Pb . A mesure que le condensateur de filtrage Cf se charge, la tension dans l’alimentation haute V+ augmente. Or, cette alimentation haute V+ est également connectée à la résistance haute Rh du pont diviseur de tension du circuit de limitation du courant d’appel 12a . Ainsi, l’augmentation de la tension dans l’alimentation haute V+ charge le condensateur de limitation Cl et la grille G du transistor à effet de champ T . Il s’ensuit que la grille G du transistor à effet de champ T se charge progressivement jusqu’à ce qu’il devienne passant. Lorsque le transistor à effet de champ T est passant, l’alimentation basse V- est connectée au point bas Pb du pont de diodes 11 et la résistance de précharge Ra est court-circuitée. Lorsque la tension n’est plus appliquée en entrée de l’alimentation à découpage, le condensateur de filtrage Cf se décharge rapidement dans la résistance basse Rb , typiquement en moins d’une seconde. Ainsi, il est possible de rebrancher rapidement l’alimentation en très peu de temps tout en bénéficiant de la protection offerte par la résistance de précharge Ra et le circuit de limitation du courant d’appel 12a . Dans le mode de réalisation de la FIG. 4 , le circuit de limitation du courant d’appel 12b comporte également une diode zener Dl connectée en parallèle de la résistance basse Rb et du condensateur de filtrage Cf . Cette diode zener Dl est typiquement configurée pour limiter la tension de grille G du transistor à effet de champ T à une tension inférieure à 20 volts. Avec l’association de la résistance de précharge Ra et du circuit de limitation du courant d’appel 12a - 12b , l’invention permet de fournir une fermeture progressive d’une alimentation à découpage avec des composants peu onéreux. Cette invention peut être appliquée dans un grand nombre de domaines, notamment pour alimenter une ou plusieurs sources lumineuses d’un dispositif de signalisation lumineuse. Circuit de limitation (12a-12b) du courant d’appel dans une alimentation à découpage comprenant : – un pont de diodes (11) ; et – un condensateur de filtrage (Cf) connecté entre, d’une part, une alimentation haute (V+) et un point haut (Ph) du pont de diodes (11) et, d’autre part, une alimentation basse (V-) et, par l’intermédiaire d’au moins une résistance de précharge (Ra), à un point bas (Pb) du pont de diodes (11) ; caractérisé en ce que le circuit de limitation (12a-12b) comprend : – un pont diviseur de tension réalisé par au moins deux résistances : une résistance haute (Rh) connectée à l’alimentation haute (V+) et une résistance basse (Rb) connectée au point bas (Pb) du pont de diodes (11) ; – un transistor à effet de champ (T) dont la source (S) et le drain (D) sont connectés entre le point bas (Pb) du pont de diodes (11) et l’alimentation basse (V-), la grille (G) étant connectée à un point milieu (Pm) du pont diviseur de tension ; et – un condensateur de limitation (Cl) connecté entre le point bas (Pb) du pont de diodes (11) et le point milieu (Pm) du pont diviseur de tension. Circuit de limitation du courant d’appel selon la revendication 1, dans lequel le circuit de limitation (12b) comprend également une diode zener (Dl) connectée entre le point bas (Pb) du pont de diodes (11) et le point milieu (Pm) du pont diviseur de tension de sorte à limiter la tension de grille (G) du transistor à effet de champ (T). Circuit de limitation du courant d’appel selon la revendication 2, dans lequel la diode zener (Dl) est configurée pour limiter la tension de grille (G) du transistor à effet de champ (T) à une tension inférieure à 20 volts. Circuit de limitation du courant d’appel selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le condensateur de limitation (Cl) présente une capacité comprise entre 0.5 et 2 µF. Circuit de limitation du courant d’appel selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel la résistance haute (Rh) présente une résistivité comprise entre 0.5 et 2 méga-ohms. Circuit de limitation du courant d’appel selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel la résistance basse (Rb) présente une résistivité comprise entre 0.1 et 0.8 méga-ohms. Etage d’entrée (10a-10b) d’une alimentation à découpage comprenant : un pont de diodes (11) permettant de convertir une tension alternative d’entrée (Vin) en tension continue ; un condensateur de filtrage (Cf) connecté entre, d’une part, une alimentation haute (V+) et un point haut (Ph) du pont de diodes (11) et, d’autre part, une alimentation basse (V-) et un point bas (Pb) du pont de diodes (11) ; et au moins une résistance de précharge (Ra) connectée entre le point bas (Pb) du pont de diodes (11) et le condensateur de filtrage (Cf) ; caractérisé en ce que l’étage d’entrée (10a-10b) comprend également un circuit de limitation du courant d’appel selon l’une des revendications 1 à 6. Etage d’entrée d’une alimentation à découpage selon la revendication 7, dans lequel la résistance de précharge (Ra) présente une résistivité comprise entre 1 et 1000 ohms. Alimentation à découpage comprenant un étage d’entrée selon l’une des revendications 7 ou 8 et un dispositif à découpage connecté à l’étage d’entrée. Dispositif de signalisation lumineuse comprenant au moins une source lumineuse et une alimentation à découpage selon la revendication 9.