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Circuit redresseur-lisseur ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention
La présente invention concerne un circuit redresseurlisseur pour redresser et lisser un courant alternatif du réseau, et plus particulièrement un circuit redresseur et lisseur dont le facteur de puissance est amélioré par recours à une combinaison en parallèle d'un inducteur et d'une résistance, qui est insérée dans le parcours de l'une des lignes d'un réseau d'alimentation à deux fils.
2. Description de la technique concernée
L'alimentation d'une source d'énergie à découpage ou d'un circuit inverseur est la sortie d'un circuit redresseur-lisseur du type à condensateur d'entrée. Dans le circuit redresseur-lisseur de ce type, du courant ne circule dans un agencement redresseur à diodes (habituellement un circuit à pont de diodes) que pendant un laps de temps proche d'un instant où l'énergie électrique en courant alternatif fournie par un réseau de distribution d'énergie à courant alternatif est maximale. Pour cette raison, le facteur de puissance du circuit est mauvais, de 60 à 70%. Pour résoudre ce problème, on a proposé d'insérer un inducteur dans le parcours de l'une des lignes d'alimentation en énergie, entre l'alimentation en courant alternatif et l'agencement redresseur à diodes.
Dans le circuit redresseur-lisseur dans lequel l'inducteur est ainsi connecté, la durée pendant laquelle un courant circule dans l'agencement redresseur à diodes est supérieure à celle que l'on obtient dans le circuit
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redresseur-lisseur dans lequel on n'a pas connecté d'inducteur au cours d'une période unitaire (= un demi cycle) de la forme d'onde de tension de l'alimentation en courant alternatif. Il en résulte que la valeur efficace du courant traversant l'agencement redresseur à diodes est proche de la valeur moyenne de ce courant, et que donc le facteur de puissance est amélioré (premier circuit classique).
Un autre circuit classique visant à améliorer le facteur de puissance est proposé dans la publication non examinée du brevet japonais nO Hei. 9-140139. Ce circuit classique comporte un circuit redresseur à doubleur de tension pour redresser et doubler la tension d'alimentation alternative fournie par le réseau de distribution de courant alternatif, et un convertisseur à commutation qui réalise l'opération de commutation, dont la source d'énergie est la sortie du circuit redresseur et qui délivre un signal de sortie de commutation à un circuit résonant série. Le facteur de puissance du circuit est amélioré en utilisant des moyens d'amélioration du facteur de puissance, sur base du signal de sortie de commutation qui est renvoyé par le circuit résonant série au parcours de courant redressé (deuxième circuit classique).
Cependant, les circuits classiques ci-dessus posent les problèmes qui suivent. Dans le premier circuit classique, on augmente le facteur de puissance en augmentant l'inductance de l'inducteur. Un mécanisme d'augmentation du facteur de puissance basé sur une augmentation de l'inductance est représenté à la figure 4. Ainsi qu'on peut le voir dans le graphique, le facteur de puissance augmente dans la plage d'inductance allant de 0 à M. Dans la plage des inductances supérieures à M, le facteur de puissance augmente peu, à cause du retard de phase du courant. Ainsi, la valeur maximale N du facteur de puissance est relativement faible, de 70 à 80%. Il est impossible d'encore améliorer le facteur de puissance.
Le deuxième circuit classique est satisfaisant sur le
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EMI3.1
J plan de la valeur du facteur de puissance, mais la configuration de ses circuits est compliquée et nécessite un nombre accru de composants. Par conséquent, une amélioration du facteur de puissance entraîne une augmentation de taille de la partie alimentation en énergie et une augmentation du coût de fabrication.
RESUME DE L'INVENTION
Par conséquent, un objet de la présente invention est de fournir un circuit redresseur-lisseur dont le facteur de puissance peut être amélioré avec une faible augmentation du nombre des composants de circuit nécessaires.
Pour atteindre l'objectif ci-dessus, selon la présente invention, on fournit un circuit redresseur-lisseur comportant : un agencement redresseur à diodes pour redresser une alimentation en courant alternatif ; un condensateur de lissage pour lisser la sortie redressée de l'agencement redresseur à diodes ; un inducteur inséré dans le parcours de l'une de deux lignes d'alimentation servant à fournir l'énergie en courant alternatif à l'agencement redresseur à diodes, l'inducteur ayant pour fonction d'augmenter une durée pendant laquelle un courant circule dans l'agencement redresseur à diodes pendant une période unitaire de la forme d'onde de tension de l'alimentation en courant alternatif ;
et une résistance de compensation connectée en parallèle sur l'inducteur, la résistance de compensation ayant pour fonction de diminuer un retard de phase du courant provoqué par l'inducteur. L'insertion de l'inducteur dans le parcours de l'une des lignes d'alimentation augmente la durée pendant laquelle le courant circule dans l'agencement redresseur à diodes pendant la période unitaire, pour ainsi augmenter le facteur de puissance. D'autre part, la présence de l'inducteur entraîne un retard de phase du courant. Le retard de phase supprime l'augmentation du facteur de puissance. Cependant, la résistance de compensation réduit le retard de phase du courant. Il en résulte que la durée pendant laquelle le courant circule dans l'agencement
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redresseur à diodes est augmentée et que le retard de phase du courant est réduit.
Le facteur de puissance est par conséquent augmenté.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est un schéma de circuit montrant un agencement d'un circuit redresseur-lisseur qui constitue un mode de réalisation de la présente invention.
La figure 2 est un graphique montrant la variation du facteur de puissance en fonction de la résistance d'une résistance de compensation.
La figure 3 est un diagramme montrant des formes d'onde représentant des variations de la tension et du courant en des points-clés du circuit redresseur-lisseur du mode de réalisation.
La figure 4 est un graphique montrant une relation entre le facteur de puissance et l'inductance d'un inducteur.
DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE REALISATION PREFERE
Un mode de réalisation préféré de la présente invention va maintenant être décrit en référence aux dessins annexés.
La figure 1 est un schéma de circuit montrant un agencement d'un circuit redresseur-lisseur qui constitue un mode de réalisation de la présente invention.
A la figure, l'alimentation en courant alternatif 1 est un réseau d'alimentation de 100 V, par exemple, et le pont de diodes 2 est un élément servant à redresser en onde pleine l'alimentation en courant alternatif 1. A cet effet, deux lignes d'alimentation 5 et 6 de l'alimentation en courant alternatif 1 sont branchées sur les bornes d'entrée de courant alternatif du pont de diodes 2. Un inducteur L est un élément qui a pour fonction d'augmenter la durée pendant laquelle du courant circule vers le pont de diode 2 au cours d'une période unitaire (= demi cycle) de la forme d'onde de tension de l'alimentation 1. (Dans ce qui suit, cette durée sera appelée"durée de circulation du courant". Ainsi, l'inducteur L jouant ce rôle est relié à l'une des lignes d'alimentation 5 et 6 (la ligne 5).
Une
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résistance de compensation, qui est connectée en parallèle sur l'inducteur L, sert d'élément réduisant le retard de phase du courant provoqué par l'inducteur L.
Les bornes positive et négative de sortie du pont de diodes 2 sont reliées à une source d'énergie à découpage 3. En outre, un condensateur de lissage C servant à lisser la sortie redressée du pont de diodes 2 est connecté entre la borne positive et la borne négative de sortie du pont de diodes 2. Ainsi, le pont de diodes 2 et le condensateur de lissage C coopèrent pour former un circuit redresseurlisseur du type à condensateur d'entrée.
La source d'énergie à découpage 3, est alimentée par l'énergie en courant continu produite par les opérations de redressement et de lissage de l'énergie de sortie en courant alternatif de l'alimentation 1, et fournit une énergie en courant continu stabilisée en tension. Plus particulièrement, la source d'énergie à découpage 3 est un circuit d'alimentation servant à produire de l'énergie en courant continu à différentes valeurs de tension, pour alimenter un appareil de télévision. Ces alimentations en courant continu sont reliées à un circuit de télévision (non représenté).
La figure 2 est un graphique montrant la variation du facteur de puissance en fonction de la résistance de compensation R.
La figure 3 est un diagramme montrant des formes d'onde représentant des variations de la tension et du courant en des points-clés du circuit redresseur-lisseur. Le fonctionnement du mode de réalisation va maintenant être décrit, en référence à ces figures lorsque nécessaire.
L'inducteur L a pour fonction d'augmenter le facteur de puissance du circuit redresseur-lisseur en augmentant la durée de circulation du courant pendant une période unitaire de l'alimentation en courant alternatif 1. La fonction de l'inducteur L va être décrite ci-dessous. La description va d'abord être donnée en partant de l'hypothèse que la résistance de compensation R n'est pas
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couplée à l'inducteur L, pour des raisons de simplicité. A la figure 3, la référence numérique 61 désigne une forme d'onde de tension de l'énergie en courant alternatif appliquée sur le pont de diodes 2 pendant le demi cycle qui constitue une période unitaire de la forme d'onde de tension 51 de l'alimentation en courant alternatif 1.
La comparaison de la forme d'onde de tension 61 avec la forme d'onde de tension 51 montre que l'amplitude maximale de la forme d'onde de tension 61 est inférieure à celle de la forme d'onde de tension 51 ; et que l'amplitude de la forme d'onde de tension 61 commence à diminuer avec un certain retard temporel par rapport à la forme d'onde de tension 51. Pendant cette période transitoire, une tension dont la forme d'onde est désignée par la référence numérique 62 se développe aux bornes de l'inducteur L. De plus, le courant circulant dans le pont de diodes 2 présente la forme d'onde 63. Une forme d'onde désignée par la référence numérique 53 représente celle du courant circulant dans le pont de diodes 2, dans le cas où l'alimentation en énergie en courant alternatif 1 est couplée au pont de diodes 2 directement, ou non par l'inducteur L.
La comparaison de la forme d'onde de courant 63 avec la forme d'onde de courant 53 montre le fait suivant : la durée de circulation du courant de la forme d'onde de courant 63 est supérieure à celle de la forme d'onde de courant 53, mais l'amplitude maximale de la première est supérieure à celle de la deuxième, et la première est en retard de phase par rapport à la deuxième.
De ce fait, le facteur de puissance varie en fonction de l'inductance de l'inducteur L, comme on le voit à la figure 4. Dans une plage d'inductance allant de 0 à M, le facteur de puissance augmente lorsque l'inductance augmente, parce que l'effet de l'augmentation de la durée de circulation du courant est important. Cependant, lorsque l'inductance de l'inducteur L dépasse la valeur M, l'influence exercée par le retard de phase du courant devient importante. Dans une plage de variation de
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l'inductance qui suit le point d'inductance M, le facteur de puissance augmente peu lorsque l'inductance de l'inducteur L augmente.
Considérons maintenant un cas dans lequel la résistance de compensation R est connectée en parallèle sur l'inducteur L. Une partie du courant électrique fourni par l'alimentation en courant alternatif 1 circule à travers la résistance de compensation R, tandis que la valeur du courant passant dans l'inducteur L est diminuée de la valeur du courant passant dans la résistance de compensation R. De ce fait, l'effet de l'inductance de l'inducteur L est diminué. Pour compenser l'effet réduit de l'inductance, il faut que l'inductance de l'inducteur L soit fixée à une valeur supérieure à la valeur M. Pour cette raison, dans ce mode de réalisation, l'inductance de l'inducteur L est fixée à une valeur S qui est suffisamment plus élevée que la valeur M.
D'autre part, lorsque la valeur de la résistance de compensation R est extrêmement faible, l'effet de l'inductance de l'inducteur L est diminué alors que, lorsqu'elle est extrêmement élevée, l'inducteur L se comporte comme dans le cas où il n'y a pas de résistance de compensation R. Ce fait implique qu'il existe une valeur de la résistance de compensation R qui fournit une valeur optimale du facteur de puissance ; à la figure 2, r désigne cette valeur. Pour cette raison, dans ce mode de réalisation, la résistance de compensation R est fixée à une valeur proche de la valeur r.
Ainsi qu'on l'a déjà décrit, l'inductance de l'inducteur L est fixée à la valeur S. Une valeur maximale de la forme d'onde de tension 72 de la tension qui se développe aux bornes de l'inducteur L lorsque l'on utilise une résistance de compensation R est essentiellement égale à celle de la forme d'onde de tension 62 qui se développe aux bornes de l'inducteur L lorsque l'on n'utilise pas la résistance de compensation R, bien que la résistance de compensation R prélève une partie du courant de
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l'alimentation en courant alternatif 1, et donc que le courant passant dans l'inducteur L soit réduit. D'autre part, le courant circulant dans le pont de diodes 2 prend une forme d'onde de courant 73.
La comparaison de la forme d'onde de courant 73 avec la forme d'onde de courant 63 qui est produite lorsque l'on n'utilise pas de résistance de compensation R montre le fait que le retard de phase de la forme d'onde de courant 73 est légèrement réduit par rapport à la forme d'onde de courant 63, à cause du recours à la résistance de compensation R, et que la valeur maximale de la forme d'onde de courant 73 est inférieure à celle de la forme d'onde de courant 63. A ce moment, l'énergie en courant alternatif fournie au pont de diodes 2 prend la forme d'une onde de tension 71. Ainsi qu'on peut le voir, l'amplitude de la forme d'onde de tension 71 commence à diminuer légèrement après que l'amplitude de la forme d'onde de tension 51 de la tension de l'alimentation en courant alternatif 1 commence à diminuer.
Les caractéristiques de la forme d'onde du courant qui circule dans le pont de diodes 2 lorsque la résistance de compensation R est connectée vont être résumées ci-dessous, par comparaison avec celles obtenues lorsque cette résistance n'est pas connectée.
1) La valeur maximale du premier courant est inférieure à celle du deuxième courant. 2) La réduction de la durée de circulation du courant pendant une période unitaire est inférieure à ce qu'elle est pour la deuxième onde. 3) Le point auquel le courant atteint son maximum est plus proche du point auquel la tension de l'alimentation en courant alternatif 1 atteint son maximum. 4) De ce fait, le facteur de puissance du circuit redresseur-lisseur est supérieur lorsque l'on utilise la résistance de compensation R que lorsque l'on utilise uniquement l'inducteur L.
Une expérience a été menée avec trois types de circuits redresseurs-lisseurs ; un premier circuit redresseur-lisseur dans lequel l'alimentation en courant alternatif 1 est appliqué directement au pont de diodes 2, un deuxième
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circuit redresseur-lisseur dans lequel seul l'inducteur L est inséré dans la ligne d'alimentation 5, et un troisième circuit redresseur-lisseur dans lequel un circuit constitué de l'association en parallèle de l'inducteur L et de la résistance de compensation R est inséré dans la ligne d'alimentation 5. Dans les circuits expérimentaux, l'inductance de l'inducteur L est de 38 mH (M = 18 mH) ; la résistance de compensation R est de 220 Q et la tension de l'alimentation en courant alternatif 1 est de 120 V.
La puissance consommée est celle consommée par le circuit tel qu'il est vu par l'alimentation en courant alternatif 1.
Pour ces trois circuits, on a utilisé une charge de même consommation sur la source d'énergie à découpage 3.
1) Premier circuit redresseur-lisseur
Puissance consommée : 13, 8 W
Facteur de puissance : 65%
2) Deuxième circuit redresseur-lisseur
Puissance consommée : 16 W
Facteur de puissance : 76, 4%
3) Troisième circuit redresseur-lisseur
Puissance consommée : 16, 5 W
Facteur de puissance : 86, 7%
Le résultat de l'expérience montre que l'utilisation de la résistance de compensation R améliore le facteur de puissance d'environ 10%. Le facteur de puissance de 86,7% est suffisamment élevé pour empêcher une détérioration de la forme de la forme d'onde du réseau de distribution.
Dans l'agencement de circuit redresseur-lisseur décrit ci-dessus, la borne de sortie positive du pont de diodes 2 est reliée directement au condensateur de lissage C. Il est évident que l'invention peut être appliquée à un circuit redresseur-lisseur agencé de telle sorte qu'une résistance est branchée entre la borne de sortie positive du pont de diodes 2 et le condensateur de lissage C, pour réduire la pointe de courant dans le condensateur de lissage C au moment de la mise sous tension.
Dans le circuit redresseur-lisseur décrit ci-dessus,
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seul le circuit constitué de l'association en parallèle de l'inducteur L et de la résistance de compensation R est inséré entre l'alimentation en courant alternatif 1 et le pont de diode 2. Si nécessaire, on peut insérer en supplément un filtre de bruit constitué d'un inducteur, d'un condensateur et d'autres éléments, entre l'alimentation en courant alternatif 1 et le pont de diodes 2, pour empêcher que le bruit de commutation passe vers l'extérieur.
La présente invention peut être appliquée à tout circuit qui est équivalent au circuit redresseur-lisseur du type à condensateur d'entrée lorsqu'on le regarde depuis l'alimentation en courant alternatif 1.
Dans le circuit redresseur-lisseur décrit ci-dessus, la charge est la source d'énergie à découpage 3 dont la consommation en énergie est d'environ 10 Watt et quelques.
L'invention peut évidemment être appliquée à un circuit redresseur-lisseur dont la charge est une source d'énergie à découpage consommant une puissance de 1 kw ou plus, un circuit inverseur, ou similaire.
Ainsi qu'on le voit à partir de la description qui précède l'inducteur, dont la fonction est d'augmenter la durée de circulation du courant pendant une période unitaire de la forme d'onde de tension de l'alimentation à courant alternatif, le courant étant appliqué à l'agencement redresseur à diodes pendant cette durée, est inséré dans le parcours de l'une des deux lignes d'alimentation, et la résistance de compensation qui a pour fonction de diminuer le retard de phase du courant provoqué par l'inducteur est branchée en parallèle sur l'inducteur.
De ce fait, la durée de circulation du courant au cours d'une période unitaire de la forme d'onde de tension de l'alimentation en courant alternatif augmente, et le retard de phase du courant est réduit. Par conséquent, la présente invention réussit à augmenter le facteur de puissance du circuit redresseur-lisseur tout en augmentant peu le nombre des composants nécessaires pour le circuit.