Brevet FR3154888A1 — publié le 20250502

PRÉVENTION DES IMPULSIONS MANQUANTES DANS UN CIRCUIT DE CONVERSION DE PUISSANCE Le présent sujet concerne un circuit de conversion de puissance (200), en particulier pour les applications de moteur de traction automobile, qui comprend un inducteur (L), un commutateur à semi-conducteur (D), un circuit de commande (202) et une résistance (R). L'inducteur (L) est connecté entre une borne d'entrée et un commutateur d’appoint (SB). Le commutateur à semi-conducteur (D) est connecté à un condensateur (C_out) et à une charge (R_load). Le condensateur (C_out) et la charge (R_load) sont connectés en parallèle. En outre, le circuit de commande (202) est configuré pour réguler l'opération de commutation du commutateur d'appoint (SB). La résistance (R) est connectée en parallèle à un côté à polarisation inverse du commutateur semi-conducteur (SB) et connectée en parallèle au commutateur d'appoint (SB). PRÉVENTION DES IMPULSIONS MANQUANTES DANS UN CIRCUIT DE CONVERSION DE PUISSANCE DOMAINE DE L'INVENTION Le présent sujet concerne un circuit de conversion de puissance pour une alimentation en courant continu avec des éléments de commutation. Plus particulièrement, le présent sujet concerne l'élimination de la prévention des impulsions manquantes dans un circuit de conversion de puissance d'un appareil de conversion de puissance dans les applications automobiles. CONTEXTE Un circuit de conversion de puissance pour générer une alimentation en courant continu avec des éléments de commutation, tels qu'un transistor à effet de champ à semi-conducteur à oxyde métallique (MOSFET), un transistor bipolaire à porte isolée (IGBT), comprend généralement, par exemple, un onduleur qui convertit le courant continu en courant alternatif (ou vice-versa) et un convertisseur courant continu-continu. Ce type d'appareil de conversion d'énergie est couramment utilisé, dans les applications automobiles, avec les moteurs de traction. Un convertisseur CC-CC comprend généralement un convertisseur élévateur permettant d'élever une tension d'entrée à un niveau élevé requis par une charge. Pour ce faire, l'énergie électrique est stockée dans un inducteur et restituée à la charge qui nécessite une tension plus élevée. Dans les circuits de conversion de puissance conventionnels, des éléments de commutation sont prévus du côté haut et du côté bas. En faisant fonctionner de manière complémentaire les éléments de commutation du côté haut et les éléments de commutation du côté bas (par exemple, en fournissant une impulsion de commutation), une puissance est fournie à une charge inductive. Une diode est couplée en antiparallèle aux éléments de commutation et fonctionne comme diode de roue libre lorsque la charge inductive est alimentée. Les propriétés de récupération inverse de la diode sont généralement médiocres et varient d'une diode à l'autre. Au moment de la récupération inverse, un courant (courant de récupération inverse) circule dans la direction opposée de la diode. En raison des mauvaises propriétés de rétablissement de la diode, un courant de pointe important, dû au courant de rétablissement inverse, est généré lorsque l'élément de commutation du côté haut est mis en marche. Lorsque les éléments de commutation du côté haut et de l'élément de commutation du côté bas sont désactivés simultanément, un courant de circulation dans le sens direct circule de la charge inductive à la diode du côté bas. Dans cet état, lorsque l'élément de commutation du côté haut est mis en marche, le courant de la charge passe au courant qui traverse l'élément de commutation du côté haut. À ce moment, une tension dans le sens opposé est appliquée à la diode et un important courant de récupération inverse est superposé pour générer une surtension de courant et une surtension de tension. En outre, il y a un risque élevé de manquer l'impulsion de commutation suivante si la récupération est retardée, ce qui entraîne une perturbation du flux de courant. Cette perturbation peut conduire à un fonctionnement instable de l'appareil de conversion d'énergie avec une ondulation plus importante de la tension de charge et peut provoquer une distorsion harmonique totale (THD). Par conséquent, le problème technique à résoudre par le présent sujet est de savoir comment fournir un appareil de conversion d'énergie ayant des perturbations réduites dues au courant de récupération inverse. Le présent objet vise à résoudre le problème technique susmentionné dans les appareils de conversion d'énergie conventionnels. Le présent objet trouve une application particulièrement avantageuse dans les machines électriques rotatives telles que les alternateurs, les démarreurs d'alternateurs, ou encore les machines réversibles ou les moteurs électriques. Une machine réversible est une machine électrique rotative qui peut fonctionner de manière réversible, d'une part comme générateur électrique dans la fonction d'alternateur, et d'autre part comme moteur électrique, par exemple pour démarrer le moteur thermique d'un véhicule à moteur. La machine électrique rotative décrite ici peut également être utilisée comme moteur de traction pour les véhicules hybrides ou électriques. Le présent sujet concerne un circuit de conversion de puissance pour les applications de moteur de traction automobile, comprenant : un inducteur connecté entre une borne d'entrée et un commutateur d'appoint ; un commutateur à semi-conducteur connecté à un condensateur et à une charge, le condensateur et la charge étant connectés en parallèle ; un circuit de commande configuré pour réguler l'opération de commutation du commutateur d'appoint ; et une résistance connectée en parallèle à un côté à polarisation inverse du commutateur à semi-conducteur et connectée en parallèle au commutateur d'appoint. En conséquence, pendant l'opération de polarisation inverse de l'interrupteur à semi-conducteur, le courant de récupération inverse de cet interrupteur commence à circuler à travers la résistance. Cette disposition stratégique minimise ou élimine donc largement les problèmes associés à la récupération inverse, tels que le temps de récupération. En particulier, le phénomène d'impulsion manquante (retard dans la commutation) est éliminé grâce à un chemin dédié fourni pour libérer l'énergie stockée dans l'interrupteur à semi-conducteur. Selon un exemple du présent sujet, le circuit de conversion de puissance comprend un circuit redresseur pour alimenter la borne d'entrée. Ainsi, dans les applications automobiles, telles que les moteurs de traction, le courant alternatif (CA) est converti en courant continu (CC) qui est ensuite fourni à la borne d'entrée du circuit de conversion de puissance. Un tel circuit redresseur est un convertisseur de puissance électrique pour convertisseur CA/CC et/ou CC/CA. Selon un exemple du présent sujet, la résistance est fonction de l'énergie de récupération inverse stockée dans le commutateur semi-conducteur et de la fréquence de commutation des éléments de commutation dans le circuit redresseur. En conséquence, grâce au chemin dédié au courant de récupération inverse, les pertes de commutation sont minimisées, ce qui permet d'obtenir une efficacité de conversion plus élevée, et donc une meilleure conversion de l'énergie. En outre, les pertes de commutation réduites entraînent une diminution de la dissipation de chaleur, ce qui permet de concevoir un convertisseur de puissance plus fiable et plus compact. En outre, la capacité du convertisseur de puissance à améliorer la stabilité de la conversion de puissance et à réduire les pertes le rend adapté aux applications à haute puissance. Autre avantage, les composants du convertisseur de puissance sont moins sollicités en raison de la minimisation des problèmes de récupération inverse, ce qui prolonge la durée de vie du convertisseur élévateur. Selon un exemple du présent sujet, un commutateur dédié est connecté en série à la résistance. En conséquence, une opération de commutation de l'interrupteur dédié facilite le flux de courant à travers le chemin dédié uniquement lorsque l'énergie de récupération inverse circule à partir de l'interrupteur à semi-conducteur. En d'autres termes, l'interrupteur dédié est configuré pour se fermer au moment où l'énergie de récupération inverse, sous la forme d'un courant de récupération inverse, est générée par l'interrupteur à semi-conducteur. Dans un exemple, le circuit de commande est en outre configuré pour réguler l'opération de commutation de l'interrupteur dédié. Selon un exemple du présent sujet, le circuit de commande est en outre configuré pour réguler l'opération de commutation du commutateur dédié. Selon un exemple du présent sujet, le commutateur semi-conducteur est une diode. Le présent sujet concerne également une méthode pour faire fonctionner le circuit de conversion de puissance, configuré comme décrit ci-dessus. La méthode consiste à recevoir une tension d'entrée du redresseur à la borne d'entrée du circuit de conversion de puissance ; à contrôler l'opération de commutation de l'interrupteur élévateur à l'aide du circuit de commande ; à augmenter la tension d'entrée à l'aide du circuit convertisseur élévateur du circuit de conversion de puissance ; à éliminer le courant de récupération inverse de l'interrupteur à semi-conducteur en appliquant la résistance ; et à fournir la tension de sortie augmentée à la charge connectée en parallèle au condensateur. Selon un exemple du présent sujet, la méthode consiste à sélectionner des valeurs appropriées pour la résistance afin d'optimiser l'élimination de l'énergie de récupération inverse. Diverses modifications des modes de réalisation divulgués, ainsi que d'autres modes de réalisation de l'objet, deviendront évidentes pour les personnes compétentes en la matière en se référant à la description de l'objet. Il est donc envisagé d'apporter de telles modifications sans s'écarter du champ d'application du présent sujet. Les caractéristiques, aspects et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lumière de la description suivante et des figures qui l'accompagnent. La description se réfère aux dessins annexés, dans lesquels : La FIG. 1 illustre un circuit de convertisseur élévateur, configuré conformément au présent sujet ; La FIG. 2 illustre un circuit de conversion de puissance qui comprend le circuit de convertisseur élévateur configuré conformément au présent sujet ; et La FIG. 3 illustre un organigramme pour une méthode de sélection des valeurs appropriées pour une résistance dans le convertisseur de puissance, configurée conformément à un exemple du présent sujet. Les figures ne sont pas nécessairement à l'échelle et la taille de certaines parties peut être exagérée pour illustrer plus clairement l'exemple présenté. En outre, les dessins fournissent des exemples et/ou des exemples conformes à la description, mais la description n'est pas limitée aux exemples et/ou aux exemples fournis dans les dessins. DESCRIPTION DÉTAILLÉE Dans la description qui suit, il est fait référence aux dessins d'accompagnement, qui font partie intégrante de l'invention, et dans lesquels sont illustrées des réalisations spécifiques dans lesquelles l'invention peut être mise en œuvre. Ces réalisations sont décrites avec suffisamment de détails pour permettre à l'homme de l'art de pratiquer l'invention, et il est entendu que les réalisations peuvent être combinées, ou que d'autres réalisations peuvent être utilisées, et que des modifications structurelles et logiques peuvent être apportées sans que l'on s'écarte de la portée de la présente invention. La description détaillée qui suit ne doit donc pas être prise dans un sens limitatif, et la portée de la présente invention est définie par les revendications annexées et leurs équivalents. La FIG. 1 illustre un circuit de convertisseur élévateur 100, configuré conformément au présent sujet. Le circuit du convertisseur élévateur 100 comprend un inducteur L, un commutateur à semi-conducteur D et une résistance R. L'inducteur L est connecté entre une borne d'entrée et un commutateur élévateur (SB). Le commutateur à semi-conducteur D est connecté à un condensateur C_out et à une charge R_load. En outre, la résistance R est connectée en parallèle à un côté inversé de l'interrupteur à semi-conducteur D. De plus, la résistance est connectée de telle sorte qu'elle est parallèle à l'interrupteur d'appoint SB. Selon le présent sujet, le circuit convertisseur élévateur 100 est alimenté par une tension d'entrée Vin provenant d'un convertisseur 104 pour alimenter la borne d'entrée. La borne d'entrée peut également être une batterie ou une source d'alimentation pour fournir la tension d'entrée Vin. Le convertisseur 104 comprend des commutateurs qui sont alimentés par une tension source Vs et émettent la tension d'entrée Vin vers le circuit convertisseur élévateur 100. Dans l'exemple de la FIG. 1 , le convertisseur 104 est un redresseur de type monophasé ou polyphasé. L'inducteur L est connecté en série avec la borne d'entrée. L'inducteur L stocke et libère de l'énergie pendant les cycles de commutation. Le commutateur boost SB, typiquement un transistor, contrôle le circuit en s'ouvrant et en se fermant pour contrôler le flux d'énergie. L'interrupteur à semi-conducteur D permet au courant de circuler dans une seule direction, empêchant ainsi le flux de courant inverse. Le condensateur C_out lisse la tension de sortie en stockant la charge. La charge R_load représente, par exemple, un moteur de traction ou toute autre charge connectée à la sortie. La borne d'entrée est connectée à l'inducteur L et à l'interrupteur élévateur SB en série. L'interrupteur à semi-conducteur D et le condensateur C_out sont connectés en parallèle à la charge R_load. Un chemin supplémentaire dédié à la résistance R est fourni dans le circuit du convertisseur élévateur 100 dans le sens inverse de l'interrupteur à semi-conducteur D. L'interrupteur à semi-conducteur D, dans un exemple, est une diode. Selon le présent sujet, lorsque l'interrupteur d’appoint SB est fermé, l'énergie est stockée dans l'inducteur L. Lorsque l'interrupteur d’appoint SB est ouvert, l'inducteur L libère l'énergie stockée, ce qui entraîne une augmentation de la tension de sortie. L'interrupteur semi-conducteur D dans le circuit du convertisseur élévateur 100, pendant une phase OFF de l'interrupteur élévateur SB, l'interrupteur semi-conducteur D conduit pour fournir un chemin pour l'énergie de l'inducteur L pour atteindre la charge R_load. Lorsque l'interrupteur élévateur SB se remet en marche, il y a un bref intervalle, ou "temps de récupération inverse", pendant lequel l'interrupteur à semi-conducteur D passe de l'état conducteur à l'état bloqué, et un courant de récupération inverse I rr circule dans une direction polarisée inverse 102 en raison de l'énergie stockée, ou énergie de récupération inverse, dans l'interrupteur à semi-conducteur D. Le courant de récupération inverse I rr emprunte le chemin réservé fourni par la résistance R. Selon un aspect du présent sujet, la résistance de la résistance R est fonction de l'énergie de récupération inversée stockée. Toutefois, la résistance peut être déterminée en fonction d'autres facteurs, tels que l'application, la tension du circuit, etc. En outre, la résistance R appropriée peut être sélectionnée en fonction de la tension du rail et de l'énergie de stockage dans le commutateur à semi-conducteur D. Le présent sujet concerne également un circuit de conversion de puissance 200 pour les applications de moteur de traction automobile qui comprend le circuit convertisseur boost 100 tel que décrit dans la description précédente. La FIG. 2 illustre un circuit de conversion de puissance 200 qui comprend le circuit convertisseur élévateur 100, configuré conformément au présent sujet, et un circuit de commande 202. L'inducteur L, le commutateur à semi-conducteur D et la résistance R sont configurés de la manière décrite pour la FIG. 1 . Le circuit de commande 202 est configuré pour réguler l'opération de commutation de l'interrupteur élévateur SB, fournissant ainsi une opération de commutation optimale de l'interrupteur élévateur SB en fonction des exigences demandées par la charge R_load. Selon l'exemple illustré à la FIG. 2 , le circuit de conversion de puissance 200 comprend en outre un circuit redresseur 204. Le circuit redresseur 204 fonctionne pour convertir le courant alternatif (CA) en courant continu (CC). Le circuit redresseur 204 fournit la tension d'entrée Vin qui est "augmentée" dans une fonction d'amplification du circuit convertisseur élévateur 100 à un niveau plus élevé, c'est-à-dire à une tension de sortie augmentée Vout, requise par la charge R_load. Le circuit redresseur 204 peut être incorporé dans un convertisseur d'énergie électrique (non représenté) qui fonctionne en mode redresseur (pour convertir le courant alternatif en courant continu) ou en mode onduleur (pour convertir le courant continu en courant alternatif). Le circuit redresseur 204 peut être de type polyphasé pour fonctionner avec un moteur de traction polyphasé. Dans l'exemple de la FIG. 2 , le circuit redresseur 204 convertit la tension alternative aux phases d'entrée A, B et C en alimentation continue pour le circuit convertisseur élévateur 100. Dans l'exemple de la FIG. 2 , le redresseur est un redresseur triphasé. Le circuit redresseur 204 est équipé d'éléments de commutation S1, S2, S3, S4, S5, S6. Pendant le fonctionnement, à tout moment, deux des éléments de commutation S1, S2, S3, S4, S5, S6, l'un en haut et l'autre en bas des deux autres branches (phases), seront à l'état ON tandis que le reste des éléments de commutation S1, S2, S3, S4, S5, S6 seront à l'état OFF. Pendant le fonctionnement, lorsque l'interrupteur semi-conducteur D passe de l'état conducteur à l'état bloqué, le courant de récupération inverse I rr circule dans la direction polarisée inverse 102 pour emprunter le chemin dédié fourni par la résistance R. Par exemple, pendant un premier mode, les interrupteurs S1 et S6 sont à l'état ON, le courant circule à travers la phase d'entrée A, S1, L, D, R_load, S6 et ensuite la phase d'entrée C, dans cet ordre. Dans l'exemple susmentionné, l'interrupteur à semi-conducteur D est polarisé vers l'avant. Au cours d'un mode de fonctionnement suivant, les interrupteurs S1 et S6 sont à l'état OFF et l'interrupteur à semi-conducteur D est polarisé en sens inverse. Pendant cette durée de polarisation inverse, l'énergie de récupération inverse est déchargée et dirigée vers la résistance R fournie dans la direction de polarisation inverse de l'interrupteur à semi-conducteur D. La résistance de la résistance R est donc également fonction de la fréquence de commutation des éléments de commutation S1, S2, S3, S4, S5, S6 dans le circuit redresseur 204. Par conséquent, dans l'exemple où la charge R_load est un moteur de traction, la tension de sortie augmentée (c'est-à-dire Vout) est transmise au moteur de traction, ce qui facilite un fonctionnement efficace et permet un meilleur contrôle de la vitesse et du couple du moteur de traction. Le circuit de conversion de puissance 200 garantit que le moteur de traction reçoit un niveau de tension approprié pour des performances optimales, améliorant ainsi l'efficacité et la fonctionnalité globales du système de traction. Selon un autre exemple du présent sujet, le circuit de conversion de puissance 200 comprend en outre un commutateur dédié SR en série avec la résistance R, prévu dans le chemin de récupération inverse du commutateur semi-conducteur D. Le commutateur dédié SR est commandé par le circuit de commande 202 pour se fermer uniquement lorsque l'énergie de récupération inverse (sous la forme du courant de récupération inverse Irr) commence à circuler dans le chemin dédié prévu avec la résistance R. La FIG. 3 illustre un organigramme décrivant une méthode 300, selon le présent sujet, pour sélectionner des valeurs appropriées pour la résistance R afin d'optimiser l'élimination du courant de récupération inverse Irr. La méthode 300 comprend la réception d'une tension d'entrée 302 Vin provenant du circuit redresseur 204 à la borne d'entrée du circuit de conversion de puissance. Le circuit redresseur 204 reçoit le courant alternatif et le convertit en courant continu pour l'entrée du circuit convertisseur élévateur 100. La tension d'entrée Vin peut également provenir d'une batterie ou d'une source d'énergie. La méthode comprend également la commande 304 de l'opération de commutation de l'interrupteur élévateur SB. La commande 304 susmentionnée de l'interrupteur élévateur SB est facilitée par le circuit de commande 202 illustré à la FIG. 2 . En outre, la méthode 300 comprend l'augmentation 306 de la tension d'entrée Vin jusqu'au niveau supérieur de la tension de sortie amplifiée Vout. Le circuit convertisseur élévateur 100 facilite l'élévation de la tension d'entrée Vin de sorte que la charge R_load, par exemple un moteur de traction, reçoive la tension de sortie augmentée Vout pour des performances optimales. La méthode 300 consiste en outre à éliminer 308 le courant de récupération inverse Irr du commutateur semi-conducteur D. Le courant de récupération inverse Irr circule dans le chemin dédié fourni avec la résistance R. La méthode 300 consiste en outre à fournir 310 la tension de sortie amplifiée Vout à la charge R_load qui est connectée en parallèle avec le condensateur C_out. Selon un exemple du présent sujet, la méthode 300 comprend en outre la sélection 312 de valeurs appropriées pour la résistance R. Comme expliqué dans un paragraphe précédent, la résistance de la résistance R est une fonction de l'énergie de récupération inverse stockée dans l'interrupteur à semi-conducteur D et de la fréquence de commutation des éléments de commutation S1, S2, S3, S4, D5, S6 dans le circuit redresseur 204. En outre, la sélection 312 de la résistance R appropriée peut dépendre de la tension du rail et de l'énergie de stockage dans l'interrupteur à semi-conducteur D. Par exemple, dans une application où le courant de récupération inverse Irr est proche de 50mA, la valeur de la résistance (en Ohms), régie par la formule où la tension du bus CC est divisée par 50mA, peut être choisie en fonction de la fréquence de commutation des éléments de commutation S1, S2, S3, S4, D5, S6 dans le circuit de redresseur 204. Diverses modifications des modes de réalisation divulgués, ainsi que d'autres modes de réalisation de l'objet, deviendront évidentes pour les personnes qualifiées dans l'art en se référant à la description de l'objet. Il est donc envisagé d'apporter de telles modifications sans s'écarter du champ d'application du présent sujet. Circuit de conversion de puissance (200) pour les applications de moteur de traction automobile, comprenant : un inducteur (L) connecté entre une borne d'entrée et un commutateur d’appointd’appoint (SB) ; un commutateur à semi-conducteur (D) connecté à un condensateur (C_out) et à une charge (R_load), le condensateur (C_out) et la charge (R_load) étant connectés en parallèle ; un circuit de commande (202) configuré pour réguler l'opération de commutation du commutateur d'appoint (SB) ; et une résistance (R) connectée en parallèle à un côté inversé du commutateur semi-conducteur (D) et connectée en parallèle au commutateur d'appoint (SB). Le circuit de conversion de puissance (200) selon la revendication 1 comprend un circuit de redressement (204) pour alimenter la borne d'entrée. Circuit de conversion de puissance (200) selon la revendication 2, dans lequel la résistance de la résistance (R) est fonction de l'énergie de récupération inverse stockée dans le commutateur semi-conducteur (D) et de la fréquence de commutation des éléments de commutation (S1, S2, S3, S4, S5, S6) dans le circuit redresseur (204). Circuit de conversion de puissance (200) selon la revendication 1, dans lequel un commutateur dédié (SR) est connecté en série à la résistance (R). Circuit de conversion de puissance (200) selon les revendications 1 et 4, dans lequel le circuit de commande (202) est en outre configuré pour réguler l'opération de commutation du commutateur dédié (SR). Circuit de conversion de puissance (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le commutateur semi-conducteur (D) est une diode. Procédé (300) de fonctionnement du circuit de conversion de puissance (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le procédé (300) comprenant : recevoir la tension d'entrée (Vin) du circuit de redressement (204) à la borne d'entrée du circuit de conversion de puissance (200) ; contrôler l'opération de commutation du commutateur d’appoint (SB) à l'aide du circuit de commande (202) ; augmenter la tension d'entrée (Vin) à l'aide du circuit convertisseur élévateur (100) du circuit de conversion de puissance (200) ; éliminer le courant de récupération inverse (Irr) de l'interrupteur à semi-conducteur (D) en appliquant la résistance (R) ; et délivrer la tension de sortie amplifiée (Vout) à la charge (R_load) connectée en parallèle avec le condensateur (C_out). Procédé (300) selon la revendication 7, dans lequel le procédé (300) comprend la sélection de valeurs appropriées pour la résistance (R) afin d'optimiser l'élimination du courant de récupération inverse (Irr).