CONVERTISSEUR-ABAISSEUR DE TENSION ELECTRONIQUE DE FORTE PUISSANCE HIGH POWER ELECTRONIC VOLTAGE CONVERTER
La présente Invention concerne un dispositif électronique comprenant une série de condensateurs de diodes et de commutateurs montés suivant une disposition déterminée, destiné à transformer le courant alternatif ou continu en courant continu sous une tension plus basse, à fournir une très forte puissance, et à remplacer avantageusement tout transformateur abaisseur de tension de type ferro-magnét ique à bobine.The present invention relates to an electronic device comprising a series of diode capacitors and switches mounted in a determined arrangement, intended to transform alternating or direct current into direct current at a lower voltage, to provide a very high power, and to replace advantageously any step-down transformer of the ferromagnetic type with coil.
La présente invention est une innovation présentant des avantages par rapport au transformateur classique à bobine qu'elle devra remplacer vu son poids plus faible, son volume plus réduit, son échaufferaent négligeable, et ses effets parasites minimes comparés au convertisseur à découpage.The present invention is an innovation presenting advantages compared to the conventional coil transformer which it will have to replace given its lower weight, its smaller volume, its negligible heating, and its minimal parasitic effects compared to the switching converter.
La présente invention sera mieux coraçrise, dans son principe en référence à la description des dessins annexés.The present invention will be better understood, in principle with reference to the description of the accompanying drawings.
La figure 1 représentant le plus simple dispositif transformant le courant alternatif en courant continu avec abaissement de la tension à la sortie. La figure 2 représentant un dispositif double travaillant pendant les 2 alternances du courant alternatif tant au niveau des circuits primaires que secondaires.Figure 1 showing the simplest device transforming alternating current into direct current with lowering of the voltage at the output. FIG. 2 represents a double device working during the 2 half-waves of the alternating current both at the level of the primary and secondary circuits.
La figure 3 représentant un dispositif double mais dont les commutateurs sont de type optoélectronique. Dans la figure 1, pendant la phase (+) positive du courant alternatif à l'entrée :FIG. 3 represents a double device but the switches of which are of the optoelectronic type. In Figure 1, during the positive (+) phase of the alternating current at the input:
Dans le circuit primaire (1), les diodes D1 et D2 étant dans le sens passant, les condensateurs C1, C2, C3 étant de même capacité et montés en série avec les diodes d1 et d2 ; le courant charge les condensateurs C1, C2, C3 , la tension VC1, VC2, VC3aux bornes de chaque condensateur est identique et égale au tiers ) de la tension initiale Ve à l'entrée (ou égale à de la tension
initiale si n condensateurs sont utilisés). VC1 = VC2= VC3 = Dans cet exemple n = 3.
La puissance Pe du courant à l'entrée est égale au produit de la tension Ve à l'entrée par l'intensité Ie à l'entrée : Pe = Ve x Ie.In the primary circuit (1), the diodes D 1 and D 2 being in the forward direction, the capacitors C 1 , C 2 , C 3 being of the same capacity and connected in series with the diodes d 1 and d 2 ; the current charges the capacitors C 1 , C 2 , C 3 , the voltage V C 1 , V C 2 , V C3 at the terminals of each capacitor is identical and equal to one third) of the initial voltage V e at the input (or equal to tension initial if n capacitors are used). VC 1 = V C 2 = V C 3 = In this example n = 3. The power Pe of the input current is equal to the product of the voltage V e at the input by the intensity I e at the input: P e = V e x I e .
Dans le circuit secondaire (2), les commutateurs K1 et K2 restant ouverts, donc aucun courant ne passe à la sortie et l'isolation galvanique est assurée.In the secondary circuit (2), the switches K 1 and K 2 remain open, therefore no current flows at the output and galvanic isolation is ensured.
Pendant la phase (-) négative du courant alternatif à l'entrée : Dans le circuit primaire (1), aucun courant ne traverse le circuit, les diodesDuring the negative (-) phase of the alternating current at the input: In the primary circuit (1), no current flows through the circuit, the diodes
D1 et D2 étant polarisés dans le sens Inverse, ce qui conduit à l'isolation
Dans le circuit secondaire (2), les commutateurs K1 et K2 se ferment, les condensateurs C1, C2, C3 de même capacité étant montés en parallèle par la disposition des diodes D3, D4 , D5, D6 , D7, D8 ; les courants i1, i2, i3 de même intensité traversant les condensateurs C1, C2, C3 s'ajoutent et l'intensité I finale obtenue à la sortie du commutateur K1 est égale à la somme des intensités i1, i2, i3 ; Is = i1 + i2 + i3 avec i1 = i2 = i3 = Ie donc Is= 3 Ie ; tandis que la tension Vs de sortie aux bornes des commutateurs K1 et K2 est égale à la tension aux bornes de chaque condensateur C1, C2, C3 et égale au —
de la tension Ve initiale à l'entrée :D 1 and D 2 being polarized in the opposite direction, which leads to isolation In the secondary circuit (2), the switches K 1 and K 2 close, the capacitors C 1 , C 2 , C 3 of the same capacity being connected in parallel by the arrangement of the diodes D 3 , D 4 , D 5 , D 6 , D 7 , D 8 ; the currents i 1 , i 2 , i 3 of the same intensity passing through the capacitors C 1 , C 2 , C 3 are added and the final intensity I obtained at the output of the switch K 1 is equal to the sum of the intensities i 1 , i 2 , i 3 ; I s = i 1 + i 2 + i 3 with i 1 = i 2 = i 3 = I e therefore I s = 3 I e ; while the output voltage V s at the terminals of switches K 1 and K 2 is equal to the voltage at the terminals of each capacitor C 1 , C 2 , C 3 and equal to - of the initial voltage V e at the input:
Vs=Vc1 = Vc2 = Vc3 = —3
V s = V c 1 = V c 2 = V c 3 = —3
Par conséquent la puissante Ps à la sortie est égale au produit de la tensionConsequently the powerful P s at the output is equal to the product of the voltage
Vs à la sortie par l'intensité Is à la sortie,V s at the output by the intensity I s at the output,
Or Vs = et Is = 3 Ie Or V s = and I s = 3 I e
Donc P s = V s x Is = — x 3 I e = Ve x Ie = Pe
So P s = V s x I s = - x 3 I e = V e x I e = P e
Remarque : En utilisant n condensateurs au lieu de trois comme dans l'exemple ci-dessus, le rapport n d'abaissement de tension est égal au nombre n de condensateurs assembles, dans ce cas : Vs = —
Note: Using n capacitors instead of three as in the example above, the ratio n of voltage drop is equal to the number n of capacitors assembled, in this case: V s = -
Le circuit ci-dessus décrit ne permet l'obtention de la puissance Ps à la sortie que pendant la moitié du cycle du courant alternatif c'est à dire pendant la phase (-) négative où les commutateurs K1 et K2 sont fermés. Pour une utilisation adéquate pendant les deux phases (+) positive et (-) négative du courant alternatif, un circuit double sera envisagé (Fig. 2) dans lequel le double montage du circuit de la Fig. 1 précédemment décrit se fait suivant une disposition rigoureuse.The circuit described above only allows the power P s to be obtained at the output during half the cycle of the alternating current, that is to say during the negative (-) phase when the switches K 1 and K 2 are closed. . For an adequate use during the two phases (+) positive and (-) negative of the alternating current, a double circuit will be considered (Fig. 2) in which the double mounting of the circuit of Fig. 1 previously described is done according to a rigorous arrangement.
Pendant la phase (+) positive du courant alternatif à l'entrée :During the positive (+) phase of the alternating current at the input:
Dans le premier circuit primaire (1), les diodes D1 et D2 sont passants, le courant charge le circuit ;In the first primary circuit (1), the diodes D 1 and D 2 are conducting, the current charges the circuit;
Dans le premier circuit secondaire (2), les commutateurs K1 et K2 sont ouverts, aucun courant ne passe dans le circuit et l'isolation galvanique est complète ;In the first secondary circuit (2), the switches K 1 and K 2 are open, no current flows through the circuit and the galvanic isolation is complete;
Dans le deuxième circuit primaire (1'), les diodes D'1 et D'2 étant bloquées, aucun courant ne passe, l'isolation galvanique est complète ;In the second primary circuit (1 '), the diodes D' 1 and D ' 2 being blocked, no current flows, the galvanic isolation is complete;
Dans le deuxième circuit secondaire (2'), les commutateurs K'1 et K'2 sont fermés, le circuit débite un courant avec une tension Vs à la sortie et uneintensité Is a la sortie, qui alimente le circuit final en courant continu.
Pendant la phase (-) négative du courant alternatif à l'entrée :In the second secondary circuit (2 '), the switches K' 1 and K ' 2 are closed, the circuit delivers a current with a voltage V s at the output and an intensity I s at the output, which supplies the final circuit with current continued. During the negative (-) phase of the alternating current at the input:
Dans le premier circuit primaire (1), les diodes D1 et D2 sont bloquées, aucun courant ne passe et l'isolation galvanique est complète ;In the first primary circuit (1), the diodes D 1 and D 2 are blocked, no current flows and the galvanic isolation is complete;
Dans le premier circuit secondaire (2), les commutateurs K1 et K2 sont fermés, le circuit débite un courant avec une tension Vs et une intensité Is à la sortie, lequel alimente le circuit final en courant continu ;In the first secondary circuit (2), the switches K 1 and K 2 are closed, the circuit delivers a current with a voltage Vs and an intensity I s at the output, which supplies the final circuit with direct current;
Dans le deuxième circuit primaire (1'), les diodes D'1 et D'2 sont passantes, le courant charge le circuit ;In the second primary circuit (1 '), the diodes D' 1 and D ' 2 are conducting, the current charges the circuit;
Dans le deuxième circuit secondaire (2'), les commutateurs K'1 et K'2 sont ouverts, aucun courant ne passe dans le circuit.In the second secondary circuit (2 '), the switches K' 1 and K ' 2 are open, no current flows in the circuit.
En fin de compte, le circuit final débite, pendant les deux phases (-) et (+) négative et positive du courant alternatif à l'entrée, un courant continu à la sortie.In the end, the final circuit delivers, during the two phases (-) and (+) negative and positive of the alternating current at the input, a direct current at the output.
La figure 2 représentant un dispositif double est caractérisé en ce qu'il comprend 2 circuitc primaires identiques (1) (1') et 2 circuits secondaires identiques (2) (2'), les dits circuits primaires (1 et 1') étant reliés à l'entrée (E) d'une part par les diodes D1 et D'2, d'autre part par D2, D'1, lesdits circuits secondaires (2 et 2') étant reliés à la sortie (S) d'une part par les commutateurs K1 et K'1, et d'autre part par les commutateurs (K2, K'2) permettant d'abaisser le tension d'entrée pendant les 2 alternances du courant.FIG. 2 representing a double device is characterized in that it comprises 2 identical primary circuits (1) (1 ') and 2 identical secondary circuits (2) (2'), said primary circuits (1 and 1 ') being connected to the input (E) on the one hand by the diodes D 1 and D ' 2 , on the other hand by D 2 , D' 1 , said secondary circuits (2 and 2 ') being connected to the output (S ) on the one hand by the switches K 1 and K ' 1 , and on the other hand by the switches (K 2 , K' 2 ) making it possible to lower the input voltage during the 2 half-waves of the current.
Dans la figure 3 les commutateurs mécaniques sont remplacés par les commutateurs électroniques K1, K2, K'1 et K'1 qui présentent des avantages considérables par rapport aux commutateurs mécaniques en ce sens qu'ils travaillent intensément sans s'échauffer, ayant un temps de réponse rapide, et qu'ils sont fiables car n'ayant pas de rupteurs ou de pièces mécaniques qui s'usent à la longue et génératrices de parasites.In Figure 3 the mechanical switches are replaced by the electronic switches K 1 , K 2 , K ' 1 and K' 1 which have considerable advantages over mechanical switches in that they work intensely without heating up, having a fast response time, and that they are reliable because they do not have breakers or mechanical parts that wear out over time and generate parasites.
Si la commande des transistors de commutation T1, T2, T'1 et T'2 se fait par des photocoupleurs 10a et 10b, l'isolation galvanique sera complète et satisfaisante.If the switching transistors T 1 , T 2 , T ' 1 and T' 2 are controlled by photocouplers 10a and 10b, the galvanic isolation will be complete and satisfactory.
Peut-être aussi utilisée à l'entrée un courant continu soit initialement, soit redressé â partir d'un courant alternatif, dans ce cas, on le découpe sous forme de signaux rectangulaires avec 2 phases positive et négative et on l'applique à l'entrée du circuit précédent. En résumé, ce convertisseur électronique a pour rôle principal d'abaisser la tension du courant continu final à partir d'un courant alternatif ou continu, et de fournir une très forte puissance.
Can also be used at the input a direct current either initially or rectified from an alternating current, in this case, it is cut out in the form of rectangular signals with 2 positive and negative phases and it is applied to the 'entry of the previous circuit. In summary, the main role of this electronic converter is to lower the voltage of the final direct current from an alternating or direct current, and to provide very high power.