EP2949032A2 - Convertisseur d'energie electrique a decoupage avec deux sorties - Google Patents

Convertisseur d'energie electrique a decoupage avec deux sorties

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EP2949032A2
EP2949032A2 EP14705835.8A EP14705835A EP2949032A2 EP 2949032 A2 EP2949032 A2 EP 2949032A2 EP 14705835 A EP14705835 A EP 14705835A EP 2949032 A2 EP2949032 A2 EP 2949032A2
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EP
European Patent Office
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output
transformer
output signal
stage
conversion module
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14705835.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Benoit Peron
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Faiveley Transport Tours SAS
Original Assignee
Faiveley Transport Tours SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Faiveley Transport Tours SAS filed Critical Faiveley Transport Tours SAS
Publication of EP2949032A2 publication Critical patent/EP2949032A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02M1/0087—Converters characterised by their input or output configuration adapted for receiving as input a current source

Definitions

  • the present invention relates to a switching power converter with current input.
  • an electrical energy converter having at least two electrically isolated outputs.
  • FIG. 1 A structure of such a generalized use electric energy converter is shown in FIG.
  • This energy converter comprises in particular a power inductor 1 connected to the input of the converter, a rectifying stage 2, a switching stage 3 making it possible to pass or not the passage of energy towards the primary of a first transformer 4 and a second rectifying stage 5 which is taken a first output Outputi.
  • a second Output 2 output is generated from the first Output- ⁇ output.
  • a second switching stage 6 is mounted at the primary of a second transformer, 7 and a third grinding stage 8 is mounted at the output of the secondary of the second transformer 7, the second output Output 2 being taken at the exit of the third righting stage.
  • the switching stages operate according to a switching frequency which is a function of the output levels Output- ⁇ , Output 2 .
  • Such an electrical energy converter structure is bulky, its volume and weight being important.
  • the "Design Review: 140W, Multiple Output High Density DC / DC Converter” offers a power converter in which the footprint is reduced.
  • the proposed solution consists of increasing the switching frequency of the switching means in input steps controlling the transformers. Nevertheless, the increase of the switching frequency results in the reduction of the components of the input stage and does not modify the size of the output stages ensuring the electrical isolation of the outputs.
  • the object of the present invention is to propose a switching electric energy converter structure that further reduces the space requirement on the input stage and on the output stages.
  • the present invention relates to a current-input switching power converter comprising at least one conversion module generating at least a first output signal and a second output signal and comprising:
  • a transformer comprising at least one primary winding and at least a first secondary winding and a second secondary winding
  • an input switching stage comprising input switching means controlling the transfer of electrical energy to the transformer
  • the first output stage generating the first output signal and comprising first rectifying means
  • the second output stage generating the second output signal and comprising second rectifying means and output switching means controlling the second rectifying means;
  • the level of the first output signal reflected to said at least one primary winding of the transformer being greater than the level of the second output signal reflected to said at least one primary winding of the transformer.
  • Such a converter structure makes it possible to increase the switching frequency on the input signal and on the output signals of the first and second output stages, thus containing less passive power elements with energy storage and less power.
  • transformers than a conventional converter structure. Therefore its volume and weight are lower than conventional structures of electric power converters.
  • the cost of a converter structure according to the invention is also lower than the cost of a conventional structure.
  • the first output signal corresponds to the signal at the output of the first secondary winding of the transformer rectified by the first rectifying means
  • the second output signal corresponds to the signal at the output of the second secondary winding of the transformer rectified by the second rectifying means.
  • the converter comprises at least a first and a second conversion module, the input switching steps of each conversion module being connected in series with each other and with a current source, each conversion module generating the same number of output signals, the first output signals of the conversion modules being interconnected and the second output signals of the conversion modules being interconnected.
  • the first output signals of the conversion modules form a first output signal of the converter and the second output signals of the conversion modules form a second output signal of the converter.
  • the frequency of the output signals is doubled and the effective currents on the electrical components are reduced on both the input signals and the output signals.
  • the current source includes a power inductor.
  • control signals controlling the input switching means and the output switching means of said first conversion module have a predetermined phase shift by to control signals controlling the input switching means and the output switching means of the second conversion module.
  • each output signal of the converter is composed of output signals of the conversion modules, an output signal of a conversion module being generated with an offset with respect to an output signal of another conversion module.
  • the phase shift has a value substantially equal to 360 ° divided by the number of conversion modules of the converter.
  • the input switching stage further comprises a switching assistance circuit comprising passive electrical components.
  • the input switching step further comprises a switching aid circuit having controlled power transistors.
  • the converter comprises at least a first electrical energy storage capacitor and a second electrical energy storage capacitor respectively mounted at the output of the first rectifying means and second rectifying means of at least one rectifying module. conversion.
  • each output stage comprises respectively an inductance mounted in series respectively with the rectifying means.
  • FIG. 1 illustrates an electrical energy converter structure of the prior art
  • FIG. 2 illustrates a power converter structure according to an embodiment of the invention
  • FIG. 3 illustrates curves of the electrical signals in the electrical energy converter of FIG. 2.
  • the energy converter illustrated in FIG. 2 generates two output signals V or n, V out 2, from a signal V in at its input.
  • the output signals Voun, V or t2 are voltages.
  • a power converter according to the invention can generate a number of higher output signals.
  • the example described comprises two conversion modules K1, K2.
  • the conversion modules K1, K2 are identical.
  • Each conversion module K1, K2 comprises a transformer 10 comprising a primary winding January 1, a first secondary winding 12 and a second secondary winding 13.
  • the transformer 10 generates a first output signal of the transformer Vi and a second output signal of the transformer V 2 , the first output signal of the transformer Vi being taken at the first secondary winding 12 and the second output signal of the transformer V 2 being taken at the second secondary winding 13.
  • the number of windings of the transformer 10 may be different.
  • the number of secondary windings is greater than two.
  • the number of output signals from the transformer (and the converter) is greater than two and equal to the number of secondary windings.
  • the transformer has a primary winding and four secondary windings.
  • the electric power converter then has four output signals.
  • each conversion module K1, K2 further comprises an input switching stage 20 comprising input switching means 21.
  • the input switching stages 20 of each conversion module K1, K2 are connected in series with each other and with a current source 10 .
  • the input switching means 21 are implemented by means of a power switch controlled at the closing and opening, for example an IGBT (acronym for the term “Insulated Gate Bipolar Transistor”), a MOSFET (an acronym for the term “Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor”) or a GTO (acronym for the term “Turn-Off Thyristor”).
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • MOSFET an acronym for the term “Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor”
  • GTO acronym for the term “Turn-Off Thyristor”
  • the input switching means 21 are able to control the transfer of electrical energy to the transformer 10. Thus, they operate according to a switching frequency and an input duty cycle which have a value which is a function of the desired values for the first output signal of the transformer V and the second output signal of the transformer V 2 .
  • each conversion module K1, K2 comprises a first output stage 30 and a second output stage 40.
  • the first output stage 30 is mounted at the output of the first secondary winding 12 of the transformer 10 and comprises rectifying means 31 able to rectify the first output signal of the transformer V-. This first output stage 30 generates the first output signal V or ti.
  • the second output stage 40 is mounted at the output of the second secondary winding 13 of the transformer 10 and comprises second rectifying means 41 able to straighten the second output signal. of the transformer V 2 , as well as output switching means 42 able to control the second rectifying means 41.
  • the second output stage 40 generates the second output signal V out 2-
  • the output switching means 42 are implemented by means of a power switch controlled closing and openable when the current flowing therethrough is substantially zero.
  • Such a power switch may be for example an SCR (acronym for the term “Silicon Controlled Rectifier”) or a controlled transistor operating as a thyristor such as an "IGBT” or a "MOFSET”.
  • the output switching means 42 operate at an output switching frequency having a value which is a function of the desired value for the second output signal V or t2.
  • the first rectifying means 31 and the second rectifying means 41 respectively comprise at least a first diode A and a second diode B.
  • a first electrical energy storage capacitor C1 and a second electrical energy storage capacitor C2 are respectively mounted at the output of the first rectifying means 31 and the second rectifying means 41 of the first conversion module K1.
  • each conversion module K1, K2 are interconnected.
  • First output currents lu, l 2 i of each first rectifying stage 30 of each conversion module K1, K2 are therefore added to form a first output current ⁇ of the converter.
  • each conversion module K1, K2 are also interconnected.
  • Second output currents ⁇ ⁇ 2 , I22 of each second rectifying stage 40 are therefore added to form a second output current I 2 of the converter.
  • the input voltage of the converter V in is divided into two input signals Ui, U 2 addressed to the first and second conversion modules K1, K2 respectively.
  • the switching period Tn of the input signals Ui, U 2 is represented in FIG. 3. Over this switching period Tn, a first fraction T corresponds to the generation of the first output signal V out i and a second fraction T 2 corresponds to the generation of the second output signal V out2 .
  • the first fraction T of the chopping period Tn is responsible for the generation of the first output currents lu, l 2 i and the second fraction T2 is responsible for the generation of the second output currents l 2 i, l 22 .
  • the average value of the first output current of the converter is greater than the average values of the first output currents lu, 1 2 i of each first rectification stage 30.
  • the average value of the second output current I 2 of the converter is greater than the average values of the second output currents I 21; I22 of each second rectifying stage 40. Therefore, the value of the frequency of the output signals is doubled compared to that of a conventional structure and the effective currents are reduced in the power switches and in the passive components such as the electrical energy storage capacitors C1, C2 and the input inductor (not shown) implementing the current source l 0 .
  • the size of the electrical energy storage capacitors C1, C2 respectively located at the output of said first rectifying means 31 and the second rectifying means 41 can be reduced.
  • the size of the input inductance providing the current source 10 arranged in series with the conversion modules K1, K2 is decreased.
  • the input signals U 1 , U 2 have a phase shift of 180 °, that is to say half of a switching period T n.
  • This phase shift value corresponds to 360 ° divided by the number of conversion modules, here 2.
  • the instantaneous sum of the input signals U1, U2 makes it possible to reduce the effective component applied across the input inductor implementing the current source 10 .
  • the switching stage 20 further comprises a switching assistance circuit.
  • a switching assistance circuit is, for example, the passive circuit for switching assistance described in the document FR2972317A.
  • the switching assistance circuit makes it possible to reduce the overvoltages at the terminals of the input switching means 21 and to reduce the losses due to its switching.
  • each output stage 30, 40 comprises an inductor L1, L2.
  • the first output stage 30 comprises a first inductor L1 mounted between the first secondary winding 12 and the first rectifying means 31, and the second output stage 40 comprises a second inductor L2 mounted between the second secondary winding. 13 and the second rectifying means 41.
  • first and second inductors L1, L2 make it possible respectively to spread the first output current lu and the second output current li 2 over a longer period.
  • the rms value of the output currents lu, 2 is lower than in the case of a conventional topology and the efficiency of the energy converter is increased.
  • the number of conversion modules K1, K2 is different.
  • the value of the first output voltage signal V or n reflected on the primary of the transformer 10, that is to say, brought back on the primary side of the transformer 10 is greater than the value of the second output voltage signal V or t2 reflected at the primary of the transformer 10, that is to say, brought back to the primary side of the transformer 10 (m2 * V out 2, nn2 being the ratio transforming the second secondary winding 13).
  • the energy of the current source 10 passing through the transformer 10 of the first conversion module K1 is then transferred into the first electrical energy storage capacitor C1, on the first fraction Ti of the cutting period Tn.
  • the first output signal Voun is generated and reflected or brought back to the primary side of the transformer 10 (m1 * Voun), as well as to the terminals of the second secondary winding 13.
  • the energy of the current source 10 is then shared between the two outputs.
  • first and second inductors L1, L2 is chosen so that the average value of the first output current and the second current output of the 2 be an integer value at each chopping period Tn.
  • the second output signal V or t2 is generated during the second fraction T 2 of the switching period Tn.
  • the voltage reflected on the primary side of the transformer 1 0 is then equal to V out 2 * m2. This voltage is lower than the reflected voltage (V or ti * m1) on the primary side of the transformer 10 during the first fraction Ti.
  • T 2 This difference between the reflected voltage on the primary side of the transformer 10 during the first and the second fraction T ; T 2 is shown in Figure 3 on the graph corresponding to the input signals Ui and U 2 at the times TU and TU-ia respectively 2a.
  • the primary winding 11 of the transformer 10 is short-circuited and channels all of the current from the current source 10 .
  • the input switching means 21 remain closed on a third fraction T 3 of the switching period Tn in order to guarantee a zero average voltage across the current source 10 over a switching period Tn.
  • the first conversion module K1 no longer provides energy for the generation of the first output signal V out i and the second output signal V or t2, the second conversion module K2 being the only one to carry out the transfer of energy.
  • the input switching means 21 open to promote the conduction of the first diode A and start a new switching period Tn.
  • the operation of the second conversion module K2 is identical to the operation of the first conversion module K1.
  • the conversion modules K1, K2 are not identical.
  • the conversion modules generate output signals of different numbers.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Un convertisseur d'énergie électrique à découpage à entrée en courant, comporte au moins un module de conversion (K1, K2) générant au moins un premier signal de sortie (Vout1 ) et un second signal de sortie (Vout2) et comportant: un transformateur (10), un étage de commutation d'entrée (20) contrôlant le transfert d'énergie électrique vers ledit transformateur (10), et au moins un premier étage de sortie (30) et un second étage de sortie (40), ledit premier étage de sortie (30) générant le premier signal de sortie (Vout1 ), et ledit second étage de sortie (40) générant le second signal de sortie (Vout2); le niveau du premier signal de sortie (Vout1 ) réfléchie à un enroulement primaire (1 1 ) du transformateur (10) est supérieur au niveau du second signal de sortie (Vout2) réfléchie à l'enroulement primaire (1 1 ) du transformateur (10).

Description

Convertisseur d'énergie électrique à découpage
La présente invention concerne un convertisseur d'énergie électrique à découpage à entrée en courant.
Plus particulièrement elle concerne un convertisseur d'énergie électrique comportant au moins deux sorties isolées électriquement.
Une structure d'un tel convertisseur d'énergie électrique d'utilisation généralisée est représentée à la figure 1 .
Ce convertisseur d'énergie comporte notamment une inductance de puissance 1 connectée en entrée du convertisseur, un étage de redressement 2, un étage à commutation 3 permettant de laisser passer ou non le passage d'énergie vers le primaire d'un premier transformateur 4 et un second étage de redressement 5 auquel est prise une première sortie Outputi .
En outre, une seconde sortie Output2 est générée à partir de la première sortie Output-ι. Pour générer cette seconde sortie Output2, un second étage de commutation 6 est monté au primaire d'un second transformateur, 7 et un troisième étage de rectification 8 est monté en sortie du secondaire du second transformateur 7, la seconde sortie Output2 étant prise à la sortie du troisième étage de redressement.
Les étages de commutation fonctionnent selon une fréquence de découpage qui est fonction des niveaux des sorties Output-ι, Output2.
Une telle structure de convertisseur d'énergie électrique est encombrante, son volume et son poids étant importants.
Le document «Design Review : 140W, Multiple Output High Density DC/DC Converter » propose un convertisseur d'énergie dans lequel l'encombrement est réduit. La solution proposée consiste en l'augmentation de la fréquence de découpage des moyens de commutation dans des étapes d'entrée contrôlant les transformateurs. Néanmoins, l'augmentation de la fréquence de découpage a comme conséquence la réduction des composants de l'étage d'entrée et ne modifie pas l'encombrement des étages de sortie assurant l'isolation électrique des sorties.
La présente invention a pour but de proposer une structure de convertisseur d'énergie électrique à découpage permettant de réduire davantage l'encombrement sur l'étage d'entrée et sur les étages de sorties.
A cet effet, la présente invention concerne un convertisseur d'énergie électrique à découpage à entrée en courant, comportant au moins un module de conversion générant au moins un premier signal de sortie et un second signal de sortie et comportant :
- un transformateur comportant au moins un enroulement primaire et au moins un premier enroulement secondaire et un second enroulement secondaire,
- un étage de commutation d'entrée comportant des moyens de commutation d'entrée contrôlant le transfert d'énergie électrique vers le transformateur, et
- au moins un premier étage de sortie et un second étage de sortie,
- le premier étage de sortie générant le premier signal de sortie et comportant des premiers moyens de redressement, et
- le second étage de sortie générant le second signal de sortie et comportant des seconds moyens de redressement et des moyens de commutation de sortie commandant les seconds moyens de redressement ;
le niveau du premier signal de sortie réfléchie audit au moins un enroulement primaire du transformateur étant supérieur au niveau du second signal de sortie réfléchie audit au moins un enroulement primaire du transformateur.
Une telle structure de convertisseur permet d'augmenter la fréquence de découpage sur le signal d'entrée et sur les signaux de sortie du premier et second étage de sortie, contenant ainsi moins d'éléments passifs de puissance à stockage d'énergie et moins de transformateurs qu'une structure de convertisseur classique. Par conséquent son volume et son poids sont inférieurs par rapport aux structures classiques de convertisseurs d'énergie électrique.
En outre, le coût d'une structure de convertisseur selon l'invention est aussi inférieur au coût d'une structure classique.
Ainsi, le premier signal de sortie correspond au signal en sortie du premier enroulement secondaire du transformateur redressé par les premiers moyens de redressement, et le second signal de sortie correspond au signal en sortie du second enroulement secondaire du transformateur redressé par les seconds moyens de redressement.
Selon une autre caractéristique, le convertisseur comporte au moins un premier et un second module de conversion, les étapes de commutation d'entrée de chaque module de conversion étant connectés en série entre eux et avec une source de courant, chaque module de conversion générant le même nombre de signaux de sortie, les premiers signaux de sortie des modules de conversion étant reliés entre eux et les seconds signaux de sortie des modules de conversion étant reliés entre eux.
Ainsi, les premiers signaux de sortie des modules de conversion forment un premier signal de sortie du convertisseur et les seconds signaux de sortie des modules de conversion forment un second signal de sortie du convertisseur.
Grâce à la présence d'au moins deux modules de conversion, la fréquence des signaux de sortie est doublée et les courants efficaces sur les composants électriques sont réduits à la fois sur les signaux d'entrée et les signaux de sortie.
En outre, plus le nombre de modules de conversion augmente, plus la fréquence des signaux de sortie est élevée et plus les courants efficaces sur les composants électriques sont réduits.
Par exemple, la source de courant comporte une inductance de puissance.
Selon une caractéristique, des signaux de commande commandant les moyens de commutation d'entrée et les moyens de commutation de sortie dudit premier module de conversion présentent un déphasage prédéterminé par rapport à des signaux de commande commandant les moyens de commutation d'entrée et les moyens de commutation de sortie du second module de conversion.
Ainsi, chaque signal de sortie du convertisseur est composé par des signaux de sortie des modules de conversion, un signal de sortie d'un module de conversion étant généré avec un décalage par rapport à un signal de sortie d'un autre module de conversion.
Par exemple, le déphasage présente une valeur sensiblement égale à 360° divisée par le nombre de modules de conversion du convertisseur.
Avantageusement, l'étage de commutation d'entrée comporte en outre un circuit d'aide à la commutation comportant des composants électriques passifs.
Dans un autre exemple, l'étape de commutation d'entrée comporte en outre un circuit d'aide à la commutation comportant des transistors de puissance commandés.
De tels circuits permettent de diminuer les pertes de commutation des moyens de commutation associés, augmentant davantage le rendement du convertisseur d'énergie électrique.
Selon une caractéristique, le convertisseur comporte au moins un premier condensateur de stockage d'énergie électrique et un second condensateur de stockage d'énergie électrique montés respectivement en sortie des premiers moyens de redressement et des seconds moyens de redressement d'au moins un module de conversion.
Selon une autre caractéristique, chaque étage de sortie comporte respectivement une inductance montée en série respectivement avec les moyens de redressement.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :
- la figure 1 illustre une structure de convertisseur d'énergie électrique de l'art antérieur; - la figure 2 illustre une structure de convertisseur d'énergie conforme à un mode de réalisation de l'invention; et
- la figure 3 illustre des courbes des signaux électriques dans le convertisseur d'énergie électrique de la figure 2.
On va décrire en référence à la figure 2 un convertisseur d'énergie électrique conforme à l'invention.
Le convertisseur d'énergie illustré par la figure 2 génère deux signaux de sortie Voun, Vout2, à partir d'un signal Vin à son entrée. Ici, les signaux de sortie Voun, Vout2 sont des tensions.
Bien entendu, un convertisseur d'énergie conforme à l'invention peut générer un nombre de signaux de sortie supérieur.
L'exemple décrit comporte deux modules de conversion K1 , K2. Dans cet exemple les modules de conversion K1 , K2 sont identiques.
Chaque module de conversion K1 , K2 comporte un transformateur 10 comportant un enroulement primaire 1 1 , un premier enroulement secondaire 12 et un second enroulement secondaire 13. Le transformateur 10 génère un premier signal de sortie du transformateur Vi et un second signal de sortie du transformateur V2, le premier signal de sortie du transformateur Vi étant pris au premier enroulement secondaire 12 et le second signal de sortie du transformateur V2 étant pris au second enroulement secondaire 13.
Bien entendu, le nombre d'enroulements du transformateur 10 peut être différent.
Ainsi, dans d'autres modes de réalisation le nombre d'enroulements secondaires est supérieur à deux. Par conséquent, le nombre de signaux de sorties du transformateur (et du convertisseur) est supérieur à deux et égal au nombre d'enroulements secondaires.
Par exemple, dans un mode de réalisation le transformateur comporte un enroulement primaire et quatre enroulements secondaires. Le convertisseur d'énergie électrique comporte alors quatre signaux de sortie.
Dans l'exemple décrit, chaque module de conversion K1 , K2 comporte en outre un étage de commutation d'entrée 20 comportant des moyens de commutation d'entrée 21 . Les étages de commutation d'entrée 20 de chaque module de conversion K1 , K2 sont connectés en série entre eux et avec une source de courant l0.
Les moyens de commutation d'entrée 21 sont mis en œuvre au moyen d'un interrupteur de puissance commandé à la fermeture et à l'ouverture, par exemple un IGBT (acronyme du terme anglais « Insulated Gâte Bipolar Transistor »), un MOSFET (acronyme du terme anglais « Metal-Oxide- Semiconductor Field-Effect Transistor ») ou un GTO (acronyme du terme anglais « Gâte Turn-Off Thyristor »).
Bien entendu, d'autres types de composants peuvent être utilisés comme interrupteur de puissance commandé à la fermeture et à l'ouverture.
Les moyens de commutation d'entrée 21 sont aptes à contrôler le transfert d'énergie électrique vers le transformateur 10. Ainsi, ils fonctionnent selon une fréquence de découpage et un rapport cyclique d'entrée qui présentent une valeur qui est fonction des valeurs souhaitées pour le premier signal de sortie du transformateur V et le second signal de sortie du transformateur V2 .
En outre, chaque module de conversion K1 , K2 comporte un premier étage de sortie 30 et un second étage de sortie 40.
Le premier étage de sortie 30 est monté en sortie du premier enroulement secondaire 12 du transformateur 10 et comporte des moyens de redressement 31 aptes à redresser le premier signal de sortie du transformateur V-,. Ce premier étage de sortie 30 génère le premier signal de sortie Vouti - Le second étage de sortie 40 est monté en sortie du second enroulement secondaire 13 du transformateur 10 et comporte des seconds moyens de redressement 41 aptes à redresser le second signal de sortie du transformateur V2, ainsi que des moyens de commutation de sortie 42 aptes à commander les seconds moyens de redressement 41 .
Le second étage de sortie 40 génère le second signal de sortie Vout2- Les moyens de commutation de sortie 42 sont mises en œuvre au moyen d'un interrupteur de puissance commandé à la fermeture et ouvrable lorsque le courant le traversant est sensiblement nul.
Un tel interrupteur de puissance peut être par exemple un SCR (acronyme du terme anglais « Silicon Controlled Rectifier ») ou un transistor commandé fonctionnant comme un thyristor comme par exemple un « IGBT » ou un « MOFSET ».
Bien entendu, d'autres types de composant peuvent être utilisés comme interrupteur de puissance commandé à la fermeture et ouvrable naturellement lorsque le courant le traversant est nul.
Les moyens de commutation de sortie 42 fonctionnent selon une fréquence de découpage de sortie présentant une valeur qui est fonction de la valeur souhaitée pour le second signal de sortie Vout2-
Dans cet exemple, les premiers moyens de redressement 31 et les seconds moyens de redressement 41 comportent respectivement au moins une première diode A et une seconde diode B.
Dans cet exemple, un premier condensateur de stockage d'énergie électrique C1 et un second condensateur de stockage d'énergie électrique C2 sont montés respectivement en sortie des premiers moyens de redressement 31 et des seconds moyens de redressement 41 du premier module de conversion K1 .
Dans le mode de réalisation décrit, les premiers signaux de sortie de chaque module de conversion K1 , K2 sont reliés entre eux.
Des premiers courants de sortie lu , l2i de chaque premier étage de redressement 30 de chaque module de conversion K1 , K2 sont donc additionnés pour former un premier courant de sortie \^ du convertisseur.
Dans le mode de réalisation décrit, les seconds signaux de sortie de chaque module de conversion K1 , K2 sont aussi reliés entre eux.
Des seconds courants de sortie Ι ι2, I22 de chaque second étage de redressement 40 sont donc additionnés pour former un second courant de sortie l2 du convertisseur.
Ces courants sont montrés sur la figure 3. La tension en entrée du convertisseur Vin est divisée en deux signaux d'entrée U-i , U2 adressés aux premier et second modules de conversion K1 , K2 respectivement.
La période de découpage Tn des signaux d'entrée U-i , U2 est représentée sur la figure 3. Sur cette période de découpage Tn, une première fraction T correspond à la génération du premier signal de sortie Vouti et une seconde fraction T2 correspond à la génération du second signal de sortie Vout2.
Ainsi, dans cet exemple, la première fraction T de la période de découpage Tn est responsable de la génération des premiers courants de sortie lu , l2i et la seconde fraction T2 est responsable de la génération des second courants de sortie l2i , l22.
La valeur moyenne du premier courant de sortie du convertisseur est supérieure aux valeurs moyennes des premiers courants de sortie lu, l2i de chaque premier étage de redressement 30. De la même manière, la valeur moyenne du second courant de sortie l2 du convertisseur est supérieure aux valeurs moyennes des seconds courants de sortie I 21 ; I22 de chaque second étage de redressement 40. Par conséquent, la valeur de la fréquence des signaux de sortie est doublée par rapport à celle d'une structure classique et les courants efficaces sont réduits dans les interrupteurs de puissance et dans les composants passifs comme les condensateurs de stockage d'énergie électrique C1 , C2 et l'inductance d'entrée (non représentée) mettant en œuvre la source de courant l0.
Ainsi, la taille des condensateurs de stockage d'énergie électrique C1 , C2 situés respectivement en sortie desdits premiers moyens de redressement 31 et des seconds moyens de redressement 41 peut être diminuée.
En outre, la taille de l'inductance d'entrée réalisant la source de courant l0 disposée en série avec les modules de conversion K1 , K2 est diminuée.
Ceci contribue à la diminution de l'encombrement d'une structure de convertisseur conforme à l'invention. Comme illustré à la figure 3, les signaux d'entrée U-i , U2 présentent un déphasage de 180°, c'est-à-dire de la moitié d'une période de découpage Tn. Cette valeur de déphasage correspond à 360° divisé par le nombre de modules de conversion, ici 2.
Ainsi, la somme instantanée des signaux d'entrée U1 , U2 permet de réduire la composante efficace appliquée aux bornes de l'inductance d'entrée mettant en œuvre la source de courant l0.
Dans le mode de réalisation décrit, l'étage de commutation 20 comporte en outre un circuit d'aide à la commutation. Un exemple de circuit d'aide à la commutation est par exemple le circuit passif d'aide à la commutation décrit dans le document FR2972317A.
Bien entendu, d'autres circuits d'aide à la commutation peuvent être employés.
Le circuit d'aide à la commutation permet de diminuer les surtensions aux bornes des moyens de commutation d'entrée 21 et de diminuer les pertes dues à sa commutation.
Dans un mode de réalisation, chaque étage de sortie 30, 40 comporte une inductance L1 , L2.
Dans l'exemple décrit, le premier étage de sortie 30 comporte une première inductance L1 montée entre le premier enroulement secondaire 12 et les premiers moyens de redressement 31 , et le second étage de sortie 40 comporte une seconde inductance L2 montée entre le second enroulement secondaire 13 et les seconds moyens de redressement 41 .
La présence des première et seconde inductances L1 , L2 permet d'étaler respectivement le premier courant de sortie lu et le second courant de sortie l-i 2 sur une période plus longue. Ainsi, la valeur efficace des courants de sortie lu, 2 est inférieure que dans le cas d'une topologie classique et le rendement du convertisseur d'énergie est augmenté.
Dans d'autres modes de réalisation, le nombre de modules de conversion K1 , K2 est différent.
On va décrire ensuite le fonctionnement du convertisseur d'énergie électrique représenté à la figure 2. On notera que la valeur du premier signal de tension de sortie Voun réfléchie au primaire du transformateur 10, c'est-à-dire ramenée côté primaire du transformateur 10 (m1 * Voun , m1 étant le rapport de transformation du premier enroulement secondaire 12) est supérieure à la valeur du second signal de tension de sortie Vout2 réfléchie au primaire du transformateur 10, c'est-à-dire ramenée côté primaire du transformateur 10 (m2* Vout2, nn2 étant le rapport de transformation du second enroulement secondaire 13).
Ainsi, lorsqu'une tension de sortie V du premier enroulement secondaire 12, ramenée côté primaire du transformateur 10, présente une valeur telle que la première diode A est en état de conduction.
Les moyens de commutation de sortie 42 étant en état ouvert, l'énergie de la source de courant l0 traversant le transformateur 10 du premier module de conversion K1 est alors transférée dans le premier condensateur de stockage d'énergie électrique C1 , sur la première fraction Ti de la période de découpage Tn.
Ainsi, pendant cette première fraction T ; le premier signal de sortie Voun est généré et réfléchi ou ramené côté primaire du transformateur 10 (m1 * Voun), ainsi qu'aux bornes du second enroulement secondaire 13.
Lorsque les moyens de commutation de sortie 42 passent en état fermé, le second signal de sortie Vout2 est appliqué aux bornes du second enroulement secondaire 13, étant aussi réfléchi sur l'enroulement primaire 1 1 et le premier enroulement secondaire 12.
Dès lors que le signal de tension réfléchie aux bornes du second enroulement secondaire 13 est inférieur au signal de tension aux bornes du premier enroulement primaire 1 1 , le courant dans la première diode A et dans la première inductance L1 décroît et le courant dans la seconde diode B et dans la seconde inductance L2 croît.
L'énergie de la source de courant l0 est alors partagée entre les deux sorties.
La valeur des première et seconde inductances L1 , L2 est choisie de façon à ce que la valeur moyenne du premier courant de sortie et du second courant de sortie l2 soit une valeur entière à chaque période de découpage Tn. Lorsque le courant traversant la première diode A est nul, la totalité de l'énergie de la source de courant l0 est canalisée par la seconde diode B et les moyens de commutation de sortie 42 pour charger le second condensateur de stockage d'énergie C2.
Ainsi, le second signal de sortie Vout2 est généré pendant la seconde fraction T2 de la période de découpage Tn.
La tension réfléchie du côté primaire du transformateur 1 0 est alors égale à Vout2*m2. Cette tension est inférieure à la tension réfléchie (Vouti*m1 ) du côté primaire du transformateur 10 pendant la première fraction T-i .
Cette différence entre la tension réfléchie du côté primaire du transformateur 1 0 pendant la première et la seconde fraction T ; T2 est représentée sur la figure 3 sur le graphe correspondant aux signaux d'entrée Ui et U2 respectivement aux instants TU-ia et TU2a.
Lorsque les moyens de commutation d'entrée 21 sont en état fermé, l'enroulement primaire 1 1 du transformateur 10 est court-circuité et canalise la totalité du courant issue de la source de courant l0.
Ainsi, la tension réfléchie sur les premier et second enroulements secondaires 1 2, 1 3 est nulle.
A ce moment, le courant stocké dans la seconde inductance L2 se décharge dans le second condensateur de stockage d'énergie C2 via l'enroulement primaire 1 1 court-circuité par les moyens de commutation d'entrée 21 . De ce fait, les pertes dues à la commutation lors de la fermeture des moyens de commutation d'entrée 21 sont réduites. Ainsi, le rendement du convertisseur d'énergie électrique est amélioré.
Lorsque le courant dans les moyens de commutation de sortie 42 devient sensiblement égal à 0, les moyens de commutation de sortie 42 s'ouvrent naturellement sans générer des pertes joules.
Les moyens de commutation d'entrée 21 restent fermés sur une troisième fraction T3 de la période de découpage Tn afin de garantir une tension moyenne nulle aux bornes de la source de courant l0 sur une période de découpage Tn. Ainsi, le premier module de conversion K1 ne fournit plus d'énergie pour la génération du premier signal de sortie Vouti et du second signal de sortie Vout2, le second module de conversion K2 étant le seul à réaliser le transfert d'énergie.
A la fin de la troisième fraction T3, les moyens de commutation d'entrée 21 s'ouvrent afin de favoriser la conduction de la première diode A et recommencer une nouvelle période de découpage Tn.
Dans l'exemple décrit ci-dessus, le fonctionnement du second module de conversion K2 est identique au fonctionnement du premier module de conversion K1 .
De la même façon, lorsque le nombre de modules de conversion est k, le fonctionnement des k modules de conversion K1 , K2, Kk est identique.
On notera que lorsque le nombre de modules de conversion K1 , K2 augmente, la fréquence des signaux de sortie augmente et les courants efficaces sont réduits. Par conséquent, l'encombrement du convertisseur diminue et son rendement augmente.
Dans un autre mode de réalisation, les modules de conversion K1 , K2 ne sont pas identiques. Ainsi, par exemple, les modules de conversion génèrent des signaux de sortie en nombre différent.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Convertisseur d'énergie électrique à découpage à entrée en courant, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un module de conversion (K1 , K2) générant au moins un premier signal de sortie (Vouti) et un second signal de sortie (Vout2) et comportant :
- un transformateur (1 0) comportant au moins un enroulement primaire (1 1 ) et au moins un premier enroulement secondaire (1 2) et un second enroulement secondaire (1 3),
- un étage de commutation d'entrée (20) comportant des moyens de commutation d'entrée (21 ) contrôlant le transfert d'énergie électrique vers ledit transformateur (1 0), et
- au moins un premier étage de sortie (30) et un second étage de sortie (40),
- ledit premier étage de sortie (30) générant le premier signal de sortie (Vouti) et comportant des premiers moyens de redressement (31 ), et
- ledit second étage de sortie (40) générant le second signal de sortie (Vout2) et comportant des seconds moyens de redressement (41 ) et des moyens de commutation de sortie (42) commandant lesdits seconds moyens de redressement (41 ) ;
et en ce que le niveau du premier signal de sortie (Vouti) réfléchie audit au moins un enroulement primaire (1 1 ) du transformateur (1 0) est supérieur au niveau du second signal de sortie (Vout2) réfléchie audit au moins un enroulement primaire (1 1 ) du transformateur (1 0).
2. Convertisseur conforme à la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte au moins des premier et second modules de conversion (K1 , K2), les étapes de commutation d'entrée de chaque module de conversion (K1 , K2) étant connectées en série entre eux et avec une source de courant (l0), chaque module de conversion générant le même nombre de signaux de sortie, lesdits premiers signaux de sortie des modules de conversion (K1 , K2) étant reliés entre eux et lesdits seconds signaux de sortie de chaque module de conversion (K1 , K2) étant reliés entre eux.
3. Convertisseur conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque étage de sortie (30, 40) comporte respectivement une inductance (L ; L2) montée en série respectivement avec les moyens de redressement (31 , 41 ).
4. Convertisseur conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ladite source de courant (l0) comporte une inductance de puissance.
5. Convertisseur conforme à l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que des signaux de commande commandant les moyens de commutation d'entrée (20) et les moyens de commutation de sortie (42) dudit premier module de conversion (K1 ) présentent un déphasage prédéterminé par rapport à des signaux de commande commandant les moyens de commutation d'entrée (20) et les moyens de commutation de sortie (42) dudit second module de conversion (K2).
6. Convertisseur conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que le déphasage présente une valeur sensiblement égale à 360° divisée par le nombre de modules de conversion (K1 , K2) du convertisseur.
7. Convertisseur conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'étage de commutation d'entrée (20) comporte en outre un circuit d'aide à la commutation comportant des composants passifs.
8. Convertisseur conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier condensateur de stockage d'énergie électrique (C1 ) et un second condensateur de stockage d'énergie électrique (C2) montés respectivement en sortie desdits premiers moyens de redressement (31 ) et desdits seconds moyens de redressement (41 ) d'au moins un module de conversion (K1 , K2).
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