EP3602767A1 - Dispositif convertisseur de tension continu/continu - Google Patents

Dispositif convertisseur de tension continu/continu

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Publication number
EP3602767A1
EP3602767A1 EP18707378.8A EP18707378A EP3602767A1 EP 3602767 A1 EP3602767 A1 EP 3602767A1 EP 18707378 A EP18707378 A EP 18707378A EP 3602767 A1 EP3602767 A1 EP 3602767A1
Authority
EP
European Patent Office
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inductor
coupled
electrical
switches
inductors
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18707378.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Larbi Bendani
Luis De Sousa
Reda CHELGHOUM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo eAutomotive France SAS
Original Assignee
Valeo Siemens eAutomotive France SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Siemens eAutomotive France SAS filed Critical Valeo Siemens eAutomotive France SAS
Publication of EP3602767A1 publication Critical patent/EP3602767A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
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    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
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    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/22—Constructional details or arrangements of charging converters specially adapted for charging electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a DC / DC voltage converter device, as well as an electrical system comprising said voltage converter device.
  • the electrical system is configured to be embedded in a motor vehicle.
  • the invention further relates to methods of controlling the electrical system according to the invention.
  • high voltage means a voltage greater than 60V, for example of the order of 100 V or a few hundred volts; low voltage means a voltage below 60V, for example of the order of 12V or a few tens of volts.
  • DC / DC converters (or "DC / DC" for direct current / direct current) comprising an electrical isolation barrier are generally envisaged in automotive applications to adapt voltage levels and to provide galvanic isolation between high voltage network and a low voltage network of the vehicle.
  • a DC / DC converter isolated from US Pat. No. 5,757,413 is known.
  • the converter comprises two switches forming an arm and which are connected at the mid-point to a branch which comprises two transformers in series.
  • the converter is arranged in a half-bridge.
  • the switches control the transmission of energy through the transformers to convert the input voltage of the converter to an output voltage.
  • Diodes connected to the secondary of the transformers make it possible to straighten the output signal.
  • the output voltage is obtained by controlling the duty cycle of the switches. By changing the duty cycle to reach an output voltage target value, the gain of the converter is adjusted to reach the output voltage target value.
  • a motor vehicle may further include an on-board charger that allows charging of the high-voltage battery from an electrical network outside the vehicle.
  • an on-board charger that allows charging of the high-voltage battery from an electrical network outside the vehicle.
  • the invention relates to a DC / DC voltage converter device, in particular intended to be embedded in a vehicle, comprising:
  • a first side of the electrical insulation barrier comprises: at least one electrical branch (A, B) comprising an inductor which is coupled to the first magnetic circuit and is in series electrically with an inductor coupled to the second magnetic circuit; and switches, said switches on the first side, configured to connect said electrical branch between a first and second terminals of the device, said switches comprising switches forming a first arm, and said first and second terminals being intended to be connected to a first electrical network, in particular a first electrical network of the vehicle;
  • a second side of the electrical insulation barrier comprises: at least a first inductance coupled to the first magnetic circuit and at least a second inductance coupled to the second magnetic circuit; a connection point between the first and second inductance of the second the isolation barrier forming a third terminal of the device; and switches, said switches on the second side, configured to connect the first and second inductors of the second side between the third and fourth terminals of the device, said third and fourth terminals being intended to be connected to a second electrical network, in particular a second network; electric vehicle;
  • the second side of the electrical isolation barrier further comprising a third inductor and a fourth inductor, a connection point between the third and fourth inductances of the second side of the isolation barrier forming a fifth terminal of the device; and switches configured to connect the third and fourth inductors of the second side between the fifth and sixth terminals of the device, said fifth and sixth terminals being intended to be connected to a third electrical network, in particular an electrical network outside the vehicle,
  • said third and fourth inductances of the second side being coupled by a respective magnetic circuit to at least one respective inductor located on the first side of the isolation barrier and electrically connected to said switches on the first side.
  • the DC / DC voltage converter device comprises the third and fourth inductances which make it possible to add an isolated input to the device, by which a third electrical network can be connected.
  • the device according to the invention can achieve a voltage conversion between the first power grid and the second power grid through the electrical branch and the first and second inductors of the second side.
  • the device according to the invention can realize a voltage conversion between the first electrical network and the third electrical network thanks to the third and fourth inductors of the second side and the inductors of the first side to which are coupled the third and fourth inductances of the second side.
  • the voltage converter device makes it possible to convert a voltage between a first electrical network of the vehicle, in particular a high-voltage network, connected between its first and second terminals and a second network of the vehicle, in particular a low-voltage network, connected between its third and fourth pillar.
  • the voltage converter device makes it possible to convert a voltage between, on the one hand, an external electrical network to the vehicle connected between the fifth and sixth terminals and, on the other hand, the first and / or the second electrical network.
  • said first and second terminals of the device are intended to be connected to the first electrical network via a control circuit which will adapt the voltage delivered by the first electrical network so that the switches of the first side operate with a constant duty cycle.
  • the first side of the electrical insulation barrier further comprises:
  • At least one inductor coupled to the third inductor of the second side by a third magnetic circuit
  • said inductance coupled to the third inductance of the second side and said inductance coupled to the fourth inductor of the second side being electrically in series, and being electrically connected with said switches of the first side.
  • said inductance coupled to the third inductance of the second side and said inductance coupled to the fourth inductance of the second side are located in said electrical branch.
  • said inductance coupled to the third inductance of the second side and said inductance coupled to the fourth inductance of the second side are located in another electrical branch connected in parallel with said electrical branch.
  • the voltage converter device comprises a switch, said neutralization switch, configured to selectively neutralize said inductance coupled to the third inductor of the second side and said inductance coupled to the fourth inductor of the second side.
  • said neutralization switch is configured to selectively short-circuit said inductance coupled to the third inductor of the second side and said inductance coupled to the fourth inductor of the second side.
  • the neutralization switch is included in the electrical branch comprising said inductance coupled to the third inductor of the second side and said inductance coupled to the fourth inductor of the second side, said neutralization switch being configured to selectively open this branch.
  • the isolated circuit comprises at the first side of the electrical insulation barrier:
  • a first electrical branch comprising a first inductor which is coupled to the first magnetic circuit and is in series electrically with a second inductor coupled to the second magnetic circuit;
  • a second electrical branch comprising a third inductor which is coupled to the first magnetic circuit and is in series electrically with a fourth inductance coupled to the second magnetic circuit
  • said switches on the first side being configured to connect said first and second electrical branches between the first and second terminals of the device, and the isolated circuit being such that:
  • the switches on the first side comprise a first switch and a second switch forming said first arm with a first capacitor connected between the two switches;
  • said second electrical branch is connected between a first extremal terminal of the arm and the point of connection, said second connection point, between the second switch of the arm and the first capacitance, the first extreme terminal of the arm corresponding to the terminal of the first switch. which is not connected to the first ability;
  • said first electrical branch is connected between a second extremal terminal of the first arm and the connection point, said first connection point, between the first switch and the first capacitor, the second extremal terminal of the first arm corresponding to the terminal of the second switch. which is not connected to the first capacity.
  • the isolated circuit comprises at the first side of the electrical insulation barrier:
  • a seventh inductance coupled to the third inductance of the second side by the third magnetic circuit, and an eighth inductance coupled to the fourth inductance of the second side by the fourth magnetic circuit, said seventh and eighth inductances being in series electrically, and being electrically bonded; with said switches on the first side; said fifth and sixth inductors being connected to the first electrical branch and said seventh and eighth inductances being connected to the second electrical branch.
  • the fifth and sixth inductors are located in the first electrical branch in series with the first and second inductors; and the seventh and eighth inductors are located in the second electrical branch in series with the third and fourth inductors.
  • the fifth and sixth inductors are located in an electrical branch parallel to the first electrical branch; and the seventh and eighth inductors are located in an electrical branch parallel to the second electrical branch.
  • the invention further relates to an electrical system, in particular configured to be embedded in a motor vehicle, comprising:
  • a first rechargeable energy source in particular a high voltage battery, connected between the first and second terminals of said voltage converter device;
  • a second source of rechargeable energy in particular a low-voltage battery, connected between the third and fourth terminals of said voltage converter device.
  • the invention also relates to a method for controlling an electrical system according to the invention, comprising the steps of:
  • ⁇ control the switches on the first side, the switches on the second side and the switches configured to connect the third and fourth inductances of the second side between the fifth and the sixth terminal of the device, so that electrical energy flows between on the one hand the source of external electrical energy and secondly the first source of rechargeable energy and / or the second source of rechargeable energy.
  • said method comprises the step of putting said neutralization switch in a state allowing the operation of said inductance coupled to the third inductance of the second side and said inductance coupled to the fourth inductance of the second side.
  • said method comprises the steps of:
  • FIG. 1 represents an exemplary device according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 illustrates examples of operation of the device according to the invention
  • FIGS. 3 to 5 illustrate variants of the example illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 6 illustrates an exemplary device according to one embodiment of the invention
  • FIGS. 7 and 8 illustrate variants of the example illustrated in FIG. 6;
  • FIGS. 9 and 10 illustrate exemplary control methods of the device according to the invention.
  • FIG. 1 illustrates a first example of a DC / DC voltage converter device 100 according to one embodiment.
  • the DC / DC converter device 100 comprises an insulated circuit 120 which comprises an electrical insulation barrier 122.
  • a first magnetic circuit 111 and a second magnetic circuit 112 couple respective inductances between them. These two magnetic circuits 111, 112 are independent of each other. Thus, the first magnetic circuit 111 couples inductances 11, 21 between them and the second magnetic circuit 112 couples other inductances 12, 22 between them.
  • a first side of the electrical insulation barrier 122 comprises an electrical branch A which comprises an inductor 11 coupled to the first magnetic circuit and an inductor 12 coupled to the second magnetic circuit. Inductors 11, 12 are electrically connected in series. In particular, these inductances 11, 12 have a common terminal.
  • the first side of the electrical insulation barrier 122 further includes switches M 1 1, M 1, said switches on the first side. These switches Mi 1, M 12 on the first side are configured to connect the electrical branch A between a first terminal 131 and a second terminal 132 of the device, directly or indirectly via, in particular, a control circuit 121 described below. In particular, two switches Mi 1, M 1 2 of the first side form a first arm 1.
  • the electrical branch A is connected to the first arm 1 at an intermediate point between the switches Mi 1, M 12 of the first arm 1.
  • the electrical branch A may comprise an electrical capacitance 147 which makes it possible to obtain a mean zero current in the isolated circuit 120, in particular in the electrical branch A.
  • a second side of the electrical insulation barrier 122 includes a first inductor 21 coupled to the first magnetic circuit 111 and a second inductor 22 coupled to the second magnetic circuit 112.
  • the inductors 21, 22 are such that a connection point between the first 21 and the second inductor 22 of the second side of the isolation barrier 122 forms a third terminal 133 of the device 100.
  • the second side further comprises switches Q1, Q2, said switches on the second side. These switches Q1, Q2 on the second side are configured to connect the first inductor 21 of the second side and the second inductor 22 of the second side between the third 133 and a fourth terminal 134 of the device 100.
  • the second side of the electrical insulation barrier further comprises a third inductor 23 and a fourth inductor 24.
  • the third inductor 23 and the fourth inductor 24 are such that a connection point between the third 23 and the fourth 24 inductance of the second side of the isolation barrier 122 forms a fifth terminal 135 of the device 100.
  • the second side further comprises switches Q3, Q4. These switches Q3, Q4 are configured to connect the third inductance 23 of the second side and the fourth inductance 24 of the second side between the fifth 135 and a sixth terminal 136 of the device 100.
  • the third 23 and fourth 24 inductors of the second side are electrically insulated from the first 21 and second 22 inductors of the second side.
  • the third inductor 23 of the second side is coupled by a magnetic circuit 113 to an inductance 11 'of the first side electrically connected with the switches of the first side; and the fourth inductor 24 of the second side is coupled by a magnetic circuit 114 to an inductance 12 'of the first side electrically connected to the switches of the first side.
  • the first 131 and second 132 terminals of the device 100 may be connected to a first power grid; the third 133 and fourth 134 terminals can be connected to a second power grid; and / or the fifth 135 and sixth 136 terminals may be connected to a third power grid.
  • the first 21 and second 22 inductors of the second side, the third 23 and fourth 24 inductors of the second side, and the inductors 11, 12, 1, 12 'of the first side exchange, directly or indirectly, a magnetic energy between them depending open / closed states of the switches Ml 1, M 12 on the first side, and switches Q1, Q2, Q3, Q4 of the second side during a conversion between two voltages taken between the first 131 and the second 132 terminal or between the third 133 and the fourth 134 terminal, or between the fifth 135 and the sixth 136 terminal.
  • the inductor 11 of the first side coupled with the first inductor 21 of the second side, and the inductor 12 of the first side coupled with the second inductor 22 of the second side allow operation as a first DC / DC voltage converter I between the first network and the second network according to the closed open states of the switches Mi l, M! 2 on the first side and switches Q1, Q2 on the second side.
  • the third electrical network can be disconnected from the fifth 135 and sixth 136 terminals of the device 100, for example by opening a switch between the fifth 135 or the sixth terminal 136 and the third power grid.
  • the inductor 11 'of the first side coupled with the third inductor 23 of the second side, and the inductance 12' of the first side coupled with the fourth inductor 24 of the second side allow operation as a second DC / DC voltage converter 11 between the first network and the third network according to the closed open states of the switches Mi l, M 1 2 of the first side and switches Q3, Q4 connected to the third 23 and fourth 24 inductors of the second side.
  • the second electrical network can be disconnected from the third 133 and fourth 134 terminals of the device 100, for example by opening a switch located between the third 133 or the fourth 134 terminal and the second electrical network.
  • the device 100 allows operation as a third DC / DC voltage converter III between the second network and the third network.
  • the exchange of energy between the second and third networks is a function of the closed open states of the switches Mi l, M 12 of the first side, switches Ql, Q2 linked to the first 21 and second 22 inductors of the second side, and switches Q3, Q4 related to the third 23 and fourth 24 inductors of the second side.
  • the voltage converter device can therefore comprise three voltage converters.
  • the device 100 combines an operation according to the second voltage converter 11 and the third voltage converter II I.
  • the third converter III operates in particular at the same time as the second converter I I.
  • the closed open states of the switches Mi 1, M 12 of the first side, switches Q1, Q2 connected to the first 21 and second 22 inductors of the second side, and switches Q3, Q4 connected to the third 23 and fourth 24 inductors of the second side are determined so as to obtain a given efficiency and / or gain in the exchange of energy between the first and the third network.
  • the conversion between the first network and the third grid is controlled by the switches; the energy exchanged with the second network depends on the voltage on the second power grid and is not subject to any particular control.
  • the inductance 11 of the first side and the first inductance 21 of the second side coupled by the first magnetic circuit 111, and the inductance 12 of the first side and the second inductance 22 coupled by the second magnetic circuit 112 form a magnetic component.
  • the first side forms a primary circuit of the magnetic component and the second side forms a secondary circuit of the magnetic component.
  • the first 11 and second 12 inductors of the first side respectively form a first and a second portion of the primary circuit.
  • the first 21 and second 22 inductances of the second side respectively form a first and a second part of the secondary circuit.
  • the magnetic component is configured to, when converting an input voltage of the first converter I to an output voltage, operate as a transformer from the primary circuit to the secondary circuit and as an impedance that stores energy at the same time. primary circuit level.
  • the magnetic component functions as a transformer of the primary circuit to the secondary circuit and as an impedance which stores energy at the primary circuit on the same period of operation of the converter.
  • the first arm 1 is controlled by pulse width modulation ("pulses width modulation" in English) and, over the same modulation period, the magnetic component operates as a transformer from the primary circuit to the secondary circuit and as an impedance that stores energy at the primary circuit.
  • pulse width modulation pulse width modulation
  • the first portion 11 of the primary circuit transfers energy to the first portion 21 of the secondary circuit and the second portion 12 of the primary circuit produces an inductance storing the energy.
  • the second part 12 of the primary circuit transfers energy to the second part 22 of the secondary circuit, and the first part 11 of the primary circuit produces an inductance that stores energy.
  • the first part of the operating period corresponds to a first part of the modulation period; and the second part of the operating period corresponds to a second part of the modulation period.
  • the second voltage converter 11 has a similar operation to the first voltage converter I with the inductance 1 of the first side forming the first part of the primary circuit, and the inductance 12 'of the first side forming the second part of the primary circuit.
  • the third inductor 23 of the second side forms the first part of the secondary circuit, and the fourth inductor 24 of the second side forms the second part of the secondary circuit. Since the isolated circuit 120 is reversible, the exchange of energy can be from primary to secondary; or from secondary to primary.
  • the voltage converter device 100 can be embedded in a vehicle.
  • the first network may be a first electrical network of the vehicle.
  • the second network may be a second electrical network of the vehicle.
  • the first power grid may have a higher nominal voltage than the second power grid.
  • the first network may be a high voltage network, which may include, inter alia, a rechargeable power source 140, such as a vehicle battery, or other high voltage consumers of the vehicle.
  • the second power grid may be a low voltage network, which may include, inter alia, a rechargeable power source 142, and other low voltage electrical consumers.
  • the third network may be an electrical network outside the vehicle.
  • the third network may be an electrical network of another vehicle, or a residential electrical distribution network, or a charging station.
  • the electrical networks may comprise respective masses GND 1, GND 2, GND 3.
  • the device 100 makes it possible to produce in the same electrical circuit a first DC / DC converter I between a high-voltage network and a low-voltage network of the vehicle; and also allows for a second DC / DC converter! I included in an IV on-board charger in the vehicle.
  • I c second DC / DC converter 11 may be associated with a power factor corrector (or PFC for power factor corrector) 144 to phase a current and a voltage exchanged with the third power grid and a rectifier 146 for converting between an alternating voltage of the third electrical network and the DC voltage across the second voltage converter I I.
  • the PFC 144 and the rectifier 146 can be made in the same circuit, which connects to the fifth 135 and the sixth terminal 136 of the device 100.
  • the switches Q1, Q2, Q3, Q4 of the device 100 allow in particular a reversible operation of the voltage converter device 100, that is to say a two-way energy exchange through the electrical insulation barrier 122.
  • the magnetic energy can flow between on the one hand the inductances 11, 12 of the first side and secondly the first 21 and the second 22 inductances of the second side and / or the energy can flow between a
  • the inductances 11 ', 12' of the first side and the third 23 and fourth 24 of the second side are inductors.
  • a first switch Q1 may be connected between a terminal of the first inductor 21 of the second side and the fourth terminal 134 of the device 100.
  • a second switch Q2 may be connected between a terminal of the second inductor 22 of the second side and the fourth terminal 134
  • the switches Q1, Q2 configured to connect the first 21 and second 22 inductors of the second side between a third 133 and a fourth 134 terminal of the device 100 perform an AC / DC conversion between the inductor 21, 22 and the third terminals.
  • 133 and fourth 134 terminals of the device 100 the first inductor 21 and the second inductor 22 of the second side of the electrical insulation barrier 122 may have a common electrical terminal forming the third terminal 133 of the device 100, for example as illustrated in Figure 1.
  • a switch could be located between a terminal of the first inductor 21 of the second side and the third terminal 133 of the device 100; and another switch could be located between a terminal of the second inductor 22 of the second side and the third terminal 133 of the device 100.
  • a third switch Q3 may be connected between a terminal of the third inductor 23 of the second side and the sixth terminal 136 of the device 100.
  • a fourth switch Q4 may be connected between a terminal of the fourth inductor 24 of the second side and the sixth terminal 136
  • the switches Q3, Q4 configured to connect the third 23 and fourth 24 inductors of the second side between a fifth 135 and a sixth terminal 136 of the device 100 perform an AC / DC conversion between the inductor 23, 24 and the fifth terminals. 135 and sixth 136 terminals of the device 100.
  • the third inductor 23 and the fourth inductor 24 of the second side of the electrical insulation barrier 122 may have a common electrical terminal forming the fifth terminal 135 of the device 100, for example as illustrated in Figure 1.
  • a switch could be located between a terminal of the third inductor 23 of the second side and the fifth terminal 135 of the device 100; and another switch could be located between a terminal of the fourth inductor 24 of the second side and the fifth terminal 135 of the device 100.
  • the third inductor 23 of the second side is coupled with an inductance 11 'which is different from the inductance 11 of the first side coupled to the first magnetic circuit 111.
  • the inductance 11' is electrically connected with the switches Mi l, M12 on the first side; and is coupled to the third inductor 23 of the second side by a third magnetic circuit 113.
  • the fourth inductor 24 of the second side is coupled with an inductor 12 ' which is different from the inductor 12 of the first side coupled to the second magnetic circuit 112, and which is in series electrically with the inductor 11 'coupled to the third inductor 23 of the second side.
  • a terminal of the inductance 12 'of the first side coupled to the fourth inductor 24 of the second side is connected to a terminal of the inductance 11' of the first side coupled to the third magnetic circuit 113.
  • the inductance 12 ' is connected electrically with switches Ml 1, M 12 on the first side; and is coupled to the fourth inductor 24 of the second side by a fourth magnetic circuit 114 which is independent of the third magnetic circuit 113.
  • the first 21 and second 22 inductors of the second side on the one hand and the third 23 and fourth 24 inductors of the second side on the other hand do not exchange directly magnetic energy between them.
  • the third 113 and fourth 114 magnetic circuits are independent of the first 111 and second 112 magnetic circuits.
  • a magnetic energy can flow between the first 21 or second 22 inductances of the second side on the one hand and the third 23 or fourth 24 inductances of the second side on the other hand through a transformation into electrical energy in the inductances 11 , 12, 11 ', 12' of the first side.
  • the inductance 11 'of the first side coupled to the third inductance 23 of the second side and the inductance 12' of the first side coupled to the fourth inductance 24 of the second side are located in the electrical branch A , for example as illustrated in FIG. 1.
  • the first 11, second 12, third 11 'and fourth 12' inductors of the first side may be located in this order along the first electrical branch A.
  • the inductance 11 'of the first side coupled to the third inductor 23 of the second side, and the inductance 12' of the first side coupled to the fourth inductor 24 of the second side are located in a second branch A 'connected in parallel with the first electrical branch A.
  • the first variant allows a better control of the energy exchanged with the second electrical network through the first 21 and second 22 inductances, because in the second variant the distribution of the current between the first branch A and the second branch A 'is suffered and is not controllable.
  • the device 100 may comprise a switch 148 configured to selectively neutralize the inductance 11 'of the first side coupled to the third inductor 23 of the second side and the inductance 12' of the first side coupled to the fourth inductor 24.
  • the switch 148 of neutralization can take an open or closed state.
  • the neutralization switch 148 is configured, in one of said states, to prevent the inductance 11 'of the first side coupled to the third inductor 23 of the second side and the inductance 12' of the first side coupled to the fourth inductor. 24 participate in the operation of the device 100; and in the other state, allow said inductances 11 ', 12' to participate in the operation of the device 100.
  • the neutralization switch 148 makes it possible to implement only the first converter I between the first and the second network when this is done. proves necessary. For example, when it is desired to perform an energy exchange between the first and the second network while minimizing losses.
  • the neutralization switch 148 may be in parallel with inductances 1, 12 'in series. When the neutralization switch 148 is closed, it short-circuits the inductance 11 'coupled to the third inductor 23 of the second side and the inductance 12' coupled to the fourth inductor 24 of the second side. In the second variant illustrated in FIG. 3, the neutralization switch 148 may be in series with the inductances 11 ', 12'. When ⁇ neutralization switch 148 is open, it disconnects the branch electrical A 'containing the inductor 1 coupled to the third inductor 23 of the second side and the inductor 12' coupled to the fourth inductor 24 of the second side.
  • a source of electrical energy external to said device 100 may be connected between the fifth 135 and sixth 136 terminals of the voltage converter device, for example via a rectifier 146 and a PFC 144 as illustrated. in FIG. 2.
  • I c voltage converter device 100 can then be controlled as illustrated in FIG. 9.
  • the neutralization switch 148 is put in a state allowing the operation of the inductance 11 'coupled to the third inductor 23 of the second side and said inductor 12 'coupled to the fourth inductor 24 of the second side.
  • a step 202 on the one hand controls the switches Mi l, M 12 on the first side, on the other hand the switches Ql, Q2 of the second side and / or the switches Q3, Q4 configured to connect the third 23 and fourth 24 inductors of the second side between the fifth and sixth terminals of the device, so that electrical energy flows between the external power source and the first source of rechargeable energy. and / or the second rechargeable energy source 142.
  • either of the rechargeable energy sources 140, 142 can be charged at the same time or one at a time.
  • the voltage converter device 100 can be controlled as illustrated in FIG. 10.
  • the neutralization switch 148 is put in a neutralizing state ⁇ inductor 11 'coupled to the third inductor 23 of the second side and the inductor 12 coupled to the fourth inductor 24 of the second side.
  • the third inductance 23 and the fourth inductance 24 of the second side do not contribute to the operation of the device 100.
  • the switches Mi l, M 12 of the first side and the switches Ql, Q2 of the second side are controlled so that electrical energy flows between the first rechargeable power source 140 and the second rechargeable energy source 142. In particular, so that electrical energy flows from the first rechargeable energy source 140 to the second rechargeable energy source 12.
  • the device 100 may be in a situation in which no electrical energy flows in the third 23 and fourth 24 inductances of the second side. This is for example the case when no source of electrical energy is connected between the fifth 135 and the sixth terminal 136 of the device 100.
  • the transformation ratio NI of the first inductor 11 of the first side to the first inductor 21 of the second side is for example equal to the transformation ratio N2 of the second inductor 12 of the first side to the second inductor 22 of the second side.
  • these two ratios of transformations NI, N2 could be of different values.
  • these two ratios of transformation are equal to a first value N.
  • Transformation ratio N3 of the inductor 1 ⁇ from the first side to the third inductance 23 of the second side is, for example, equal to the transformation ratio N4 of the inductance 12 'from the first side to the fourth inductance 24 of the second side.
  • these two ratios of transformations N3, N4 could be of different values.
  • these two transformation ratios N3, N4 are equal to a second value N '. The case where the transformation ratios are different can be deduced from this case.
  • the first N and second N 'transformation ratio values may be different.
  • the difference between the first N and the second N 'transformation ratio values makes it possible to adapt the desired powers to the electrical networks
  • the conversion device 100 may comprise a regulation circuit 121 connected between the switches Mi 1, M 12 of the first arm 1 of the first side and the first 131 and second 132 terminals.
  • I c control circuit 121 is configured to regulate a parameter U, I across Mi l, M 12 switches of the first arm 1 with a duty cycle switches Mi l, M 12 which remains substantially constant.
  • a capacitor 149 may be connected between a first extremal terminal of the first arm 1 and a second extremal terminal of the first arm 1 so as to maintain a constant voltage across the first arm 1.
  • I c control circuit 121 is for example configured to regulate a voltage U across the switches Mi l, M 12 of the first arm 1, the duty cycle of the switches Mi l, M 12 of the first side remaining substantially constant.
  • the regulation circuit 121 can then be connected to the extremal terminals of the first arm 1, for example as illustrated in FIG. 1.
  • the regulation circuit 121 can be an up-converter, a down-converter, an up / down-converter circuit, or another type of circuit. converter.
  • I c regulation circuit 121 can be configured to regulate a current I delivered to the first arm 1 of the first side, the duty cycle of the switches E 1, M 12 of the first arm 1 remaining substantially constant. 1c control circuit 121 can then be connected to the first arm 1 as shown in Figure 4, that is to say between an extremal terminal of the first arm 1 and the midpoint of the first arm 1.
  • the control circuit 121 can 5.
  • This control circuit 121 comprises a second arm 2 connected to the first 131 and the second 132 terminal.
  • the second arm 2 comprises a first switch M21 and a second electronic element M 22.
  • the second electronic element may be a second switch M22 or a diode.
  • An inductance L1 is connected between midpoints of the first 1 and second arm 2.
  • FIGS 6 and 7 illustrate examples of device 100 respectively similar to those illustrated in Figure 1, 3 except the isolated circuit 120.
  • a second electrical branch B comprises a third inductor 13 coupled to the first magnetic circuit 111 and a fourth inductor 14 which is in series electrically with the third inductor 13 and coupled to the second magnetic circuit 112.
  • the switches Mi 1, M 12 of the first side are configured to connect the first A and B second electrical branches between the first 131 and the second 132 terminal of the device 100.
  • a capacity 150 is located in the first arm 1 between the two switches Mi 1, 12 of the first arm 1.
  • the capacitor 150 is connected between the two switches Mi 1, M 12.
  • the capacitor 150 may have a first terminal connected to the first switch Mi l at a connection point PI, and a second terminal connected to the second switch M!
  • the first capacitor 150 can be connected to the first switch Mi 1 at the source electrode of the first switch Mi 1, and it can be connected to the second switch M 12 at the drain electrode of the second switch M 12.
  • the second electrical branch B is connected between a first extremal terminal la of the arm 1 and the second connection point P2.
  • the first extremal terminal la of the arm 1 corresponds to the terminal of the first switch Mi I which is not connected to the first capacitor 150.
  • the first electrical branch A is connected between a second extremal terminal lb of the first arm 1 and the first point
  • the second extremal terminal lb of the arm 1 corresponds in particular to the terminal of the second switch M 12 which is not connected to the first capacitor 150.
  • the devices 100 illustrated in FIGS. 6, 7 comprise a third 23 and a fourth inductor 24 at the second side of the electrical insulation barrier 122.
  • the device 100 comprises additional inductances 11 ', 12', 13 ', 14' in a manner similar to the examples illustrated in FIGS. 1 and 3 respectively.
  • the isolated circuit 120 comprises at the first side of the electrical insulation barrier 122, a fifth inductor 11 'coupled to the third inductor 23 of the second side by a third magnetic circuit 113; and a sixth inductor 12 'coupled to the fourth inductor of the second side by a fourth magnetic circuit 114.
  • the fifth 1 ⁇ and sixth 12' inductors are electrically in series and are electrically connected with the switches M 1 1, M12 of the first side.
  • the fifth l and the sixth 12 'inductors are connected to the first electrical branch A.
  • the isolated circuit 120 also comprises a seventh inductor 13' coupled to the third inductor 23 of the second side by the third magnetic circuit 113; and an eighth inductor 14 'coupled to the fourth inductor 24 of the second side by the fourth magnetic circuit 114.
  • the seventh 13' and eighth 14 'inductors are electrically in series and are electrically connected with the switches Mi 1, M 12 on the first side .
  • the seventh 13 'and eighth 14' inductors are connected to the second electrical branch B.
  • the fifth 11 'and sixth 12' inductors are located in the first electrical branch A in series with the first 11 and second 12 inductances.
  • the first 11, second 12, fifth 11 'and sixth 12' inductors are located in this order along the first electrical branch A.
  • the seventh 13 'and eighth 14' inductors are located in the second electrical branch B in series with the third 13 and fourth 14 inductances.
  • the third 13, fourth 14, seventh 13 'and eighth 14' inductors are located in this order along the second electrical branch B.
  • the fifth 11 'and sixth 12' inductors are located in an electrical branch A 'parallel to the first electrical branch A.
  • the seventh 13' and eighth 14 'inductors are located in an electrical branch B 'parallel to the second electrical branch B.
  • Examples 6, 7 may comprise a control circuit 121 which is different from the examples described above and which is illustrated in FIG. 8.
  • This control circuit 121 is similar to that described in FIG. 5, except that it comprises a capacitor C3 in the second arm 2 and an inductor L2 connected between the first arm 1 and the second arm 2.
  • the capacitor C3 is connected between the first switch M 2 1 of the second arm 2 and the second switch M22 of the second arm 2.
  • the capacitor C3 is in series between the first switch M 2 1 and the second switch M22 of the second arm 2.
  • the first inductance L1 of the regulation circuit 121 is connected to the connection point P3 between the capacitor C3 and the second switch M22.
  • the second inductor L2 of the regulation circuit 121 is connected between the first connection point PI of the first arm 1 and a fourth connection point P4 between the first switch M1 and the capacitor C3.
  • This regulation circuit 121 could dispense with diodes and capacitors which are in parallel switches M21, M, M1 1, M12.
  • the insulated circuit 120 operates in a manner similar to the isolated circuit illustrated in FIGS. 1, 3.
  • the first 11 and third 13 inductors of the first side form the first part. of the primary circuit and the second 12 and fourth inductors 14 of the first side form the second part of the primary circuit.
  • the first 21 and second 23 inductances of the second side respectively form the first and the second part of the secondary circuit.
  • the fifth 11 'and seventh 13' inductors of the first side form the first part of the primary circuit and the sixth 12 'and eighth 14' inductors of the first side form the second part of the primary circuit.
  • the examples of a DC / DC voltage converter device 100 according to the invention are particularly suitable for applications embedded in a vehicle, notably an electric or hybrid vehicle, for the voltage conversion between a first and a second edge network having voltages. different and for charging the vehicle's batteries from an external power grid.
  • the invention is not limited to the examples described and could be applied to a residential electrical installation in which the third power grid is a source of renewable energy, such as for example a wind turbine or a photovoltaic panel.
  • the switches may be transistors, such as MOSFET, IGBT or other transistors.
  • the circuits may be made from a semiconductor material such as silicon (Si), gallium nitride (GaN), silicon carbide (SiC), or any other semiconductor material.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif convertisseur de tension continu/continu (100) comprenant un circuit isolé (120) qui comporte des inductances (11, 21) couplées entre elles par un premier circuit magnétique (111) indépendant d'un deuxième circuit magnétique (112) qui couple des inductances (12, 22) entre elles, et dans lequel : - un premier côté de la barrière d' isolation électrique (122) comporte une branche électrique (A) comprenant une inductance (11) qui est couplée au premier circuit magnétique (111) et est en série électriquement avec une inductance (12) couplée au deuxième circuit magnétique (112); et; - un deuxième côté de la barrière d'isolation électrique comporte une première inductance (21) couplée au premier circuit magnétique (111) et une deuxième inductance (22) couplée au deuxième circuit magnétique (112); le deuxième côté de la barrière d'isolation électrique comprenant en outre une troisième inductance (23) et une quatrième inductance (24), lesdites troisième et quatrième inductances du deuxième côté étant couplées par un circuit magnétique respectif (113, 114) à au moins une inductance (1Γ, 12') respective située du prermier côté de la barrière d'isolation.

Description

DISPOSITIF CONVERTISSEUR DE TENSION CONTINU/CONTINU
La présente invention concerne un dispositif convertisseur de tension continu/continu, ainsi qu'un système électrique comprenant ledit dispositif convertisseur de tension. En particulier, le système électrique est configuré pour être embarqué dans un véhicule automobile. L'invention concerne en outre des procédés de commande du système électrique selon l'invention.
Dans le cadre de la présente demande, on entend par haute tension, une tension supérieure à 60V, par exemple de l'ordre de 100 V ou quelques centaines de volt ; on entend par basse tension, une tension inférieure à 60V, par exemple de l'ordre de 12V ou quelques dizaines de volt.
Les convertisseurs continu/continu (ou « DC/DC » pour « direct current/direct current » en anglais) comprenant une barrière d'isolation électrique sont généralement envisagés dans des applications automobiles pour adapter des niveaux de tension et assurer une isolation galvanique entre un réseau haute tension et un réseau basse tension du véhicule. On connaît un convertisseur DC/DC isolé du brevet US 5754413. I c convertisseur comprend deux interrupteurs formant un bras et qui sont connectées au niveau du point milieu à une branche qui comprend deux transformateurs en série. Le convertisseur est agencé en demi-pont. Les interrupteurs contrôlent la transmission d'énergie à travers les transformateurs pour obtenir une conversion d'une tension d'entrée du convertisseur en une tension de sortie. Des diodes connectées aux secondaires des transformateurs permettent de redresser le signal de sortie. La tension de sortie est obtenue en contrôlant le rapport cyclique des interrupteurs. En modifiant le rapport cyclique pour atteindre une valeur cible de tension de sortie, on ajuste le gain du convertisseur pour atteindre la valeur cible de tension de sortie.
Un véhicule automobile peut en outre comprendre un chargeur embarqué qui permet la recharge de la batterie haute tension à partir d'un réseau électrique extérieur au véhicule. Afin de réduire la taille de l'électronique embarquée dans le véhicule et son coût, il est connu d'intégrer le convertisseur continu/continu et le chargeur dans un même boîtier. Cependant, les fonctions de conversion de tension et de charge restent réalisées par deux circuits électriques différents. Or, mutualiser des fonctions du convertisseur de tension et du chargeur permettrait d' améliorer encore la taille de l'électronique embarquée.
Il est donc recherché une solution pour mutualiser des circuits électriques utilisés lors d'une conversion de tension et/ou d'une charge, notamment dans un véhicule automobile.
Afin de résoudre ce problème, l'invention concerne un dispositif convertisseur de tension continu/continu, notamment destiné à être embarqué dans un véhicule, comprenant :
- un circuit isolé qui comporte une barrière d' isolation électrique, et des inductances couplées entre elles par un premier circuit magnétique indépendant d'un deuxième circuit magnétique qui couple des inductances entre elles, et dans lequel :
- un premier côté de la barrière d'isolation électrique comporte : au moins une branche électrique (A, B) comprenant une inductance qui est couplée au premier circuit magnétique et est en série électriquement avec une inductance couplée au deuxième circuit magnétique ; et des interrupteurs, dits interrupteurs du premier côté, configurés pour connecter ladite branche électrique entre une première et une deuxième bornes du dispositif, lesdits interrupteurs comprenant des interrupteurs formant un premier bras, et lesdites première et deuxième bornes étant destinées à être reliées à un premier réseau électrique, notamment un premier réseau électrique du véhicule ;
- un deuxième côté de la barrière d' isolation électrique comporte : au moins une première inductance couplée au premier circuit magnétique et au moins une deuxième inductance couplée au deuxième circuit magnétique, un point de connexion entre la première et la deuxième inductance du deuxième côté de la barrière d'isolation formant une troisième borne du dispositif ; et des interrupteurs, dits interrupteurs du deuxième côté, configurés pour connecter les première et deuxième inductances du deuxième côté entre la troisième et une quatrième borne du dispositif, lesdites troisième et quatrième bornes étant destinées à être reliées à un deuxième réseau électrique, notamment un deuxième réseau électrique du véhicule ;
le deuxième côté de la barrière d'isolation électrique comprenant en outre une troisième inductance et une quatrième inductance, un point de connexion entre la troisième et la quatrième inductance du deuxième côté de la barrière d'isolation formant une cinquième borne du dispositif ; et des interrupteurs configurés pour connecter les troisième et quatrième inductances du deuxième côté entre la cinquième et une sixième borne du dispositif, lesdites cinquième et sixième bornes étant destinées à être reliées à un troisième réseau électrique, notamment un réseau électrique extérieur au véhicule,
lesdites troisième et quatrième inductances du deuxième côté étant couplées par un circuit magnétique respectif à au moins une inductance respective située du premier côté de la barrière d'isolation et liée électriquement avec lesdits interrupteurs du premier côté.
Par rapport à l' art antérieur, le dispositif convertisseur de tension continu/continu selon l'invention comprend la troisième et la quatrième inductances qui permettent de rajouter une entrée isolée sur le dispositif, par laquelle un troisième réseau électrique peut être connecté. Ainsi, le dispositif selon l'invention peut réaliser une conversion de tension entre le premier réseau électrique et le deuxième réseau électrique grâce à la branche électrique et aux première et deuxième inductances du deuxième côté. Mais en outre, le dispositif selon l'invention peut réaliser une conversion de tension entre le premier réseau électrique et le troisième réseau électrique grâce aux troisième et quatrième inductances du deuxième côté et aux inductances du premier côté auxquelles sont couplées les troisième et quatrième inductance du deuxième côté. Ainsi, le dispositif convertisseur de tension permet de convertir une tension entre un premier réseau électrique du véhicule, notamment un réseau haute tension, connecté entre sa première et sa deuxième borne et un deuxième réseau du véhicule, notamment un réseau basse tension, connecté entre sa troisième et sa quatrième borne. En outre, le dispositif convertisseur de tension permet de convertir une tension entre d'une part un réseau électrique extérieur au véhicule connecté entre les cinquième et sixième bornes et d' autre part le premier et/ou le deuxième réseau électrique.
Notamment, lesdites première et deuxième bornes du dispositif sont destinées à être reliées au premier réseau électrique via un circuit de régulation qui va adapter la tension délivrée par le premier réseau électrique de sorte que les interrupteurs du premier côté fonctionnent avec un rapport cyclique constant.
Selon un mode de réalisation, le premier côté de la barrière d'isolation électrique comprend en outre :
■ au moins une inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté par un troisième circuit magnétique ;
~ au moins une inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté par un quatrième circuit magnétique, lesdits troisième et quatrième circuits magnétiques étant indépendants entre eux ;
ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté étant en série électriquement, et étant liées électriquement avec lesdits interrupteurs du premier côté.
Selon une variante, ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté sont situées dans ladite branche électrique. Selon une variante, ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté sont situées dans une autre branche électrique connectée en parallèle de ladite branche électrique.
Selon un mode de réalisation, le dispositif convertisseur de tension comprend un interrupteur, dit interrupteur de neutralisation, configuré pour sélectivement neutraliser ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté.
Selon une variante, ledit interrupteur de neutralisation est configuré pour sélectivement mettre en court-circuit ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté.
Selon une variante, l'interrupteur de neutralisation est compris dans la branche électrique comprenant ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté, ledit interrupteur de neutralisation étant configuré pour ouvrir sélectivement cette branche.
Selon un mode de réalisation, le circuit isolé comprend au premier côté de la barrière d'isolation électrique :
- une première branche électrique comprenant une première inductance qui est couplée au premier circuit magnétique et est en série électriquement avec une deuxième inductance couplée au deuxième circuit magnétique ;
-une deuxième branche électrique comprenant une troisième inductance qui est couplée au premier circuit magnétique et est en série électriquement avec une quatrième inductance couplée au deuxième circuit magnétique,
lesdits interrupteurs du premier côté, étant configurés pour connecter lesdites première et deuxième branches électriques entre la première et la deuxième borne du dispositif, et, le circuit isolé étant tel que :
- les interrupteurs du premier côté comportent un premier interrupteur et un deuxième interrupteur formant ledit premier bras avec une première capacité connectée entre les deux interrupteurs ;
- ladite deuxième branche électrique est connectée entre une première borne extrémale du bras et le point de connexion, dit deuxième point de connexion, entre le deuxième interrupteur du bras et la première capacité, la première borne extrémale du bras correspondant à la borne du premier interrupteur qui n'est pas connectée à la première capacité ; et
- ladite première branche électrique est connectée entre une deuxième borne extrémale du premier bras et le point de connexion, dit premier point de connexion, entre le premier commutateur et la première capacité, la deuxième borne extrémale du premier bras correspondant à la borne du deuxième interrupteur qui n'est pas connectée à la première capacité.
Selon une variante, le circuit isolé comprend au premier côté de la barrière d'isolation électrique :
- une cinquième inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté par le troisième circuit magnétique, et une sixième inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté par le quatrième circuit magnétique, lesdites cinquième et sixième inductances étant en série électriquement, et étant liées électriquement avec lesdits interrupteurs du premier côté ;
- une septième inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté par le troisième circuit magnétique, et une huitième inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté par le quatrième circuit magnétique, lesdites septième et huitième inductances étant en série électriquement, et étant liées électriquement avec lesdits interrupteurs du premier côté ; lesdites cinquième et sixième inductances étant connectées à la première branche électrique et lesdites septième et huitième inductances étant connectées à la deuxième branche électrique.
Selon une variante, les cinquième et sixième inductances sont situées dans la première branche électrique en série avec les première et deuxième inductances ; et les septième et huitième inductances sont situées dans la deuxième branche électrique en série avec les troisième et quatrième inductances.
Selon une variante, les cinquième et sixième inductances sont situées dans une branche électrique parallèle à la première branche électrique ; et les septième et huitième inductances sont situées dans une branche électrique parallèle à la deuxième branche électrique.
L'invention concerne en outre un système électrique, notamment configuré pour être embarqué dans un véhicule automobile, comprenant :
- un dispositif convertisseur de tension selon l'invention ;
- une première source d'énergie rechargeable, notamment une batterie haute tension, connectée entre la première et la deuxième borne dudit dispositif convertisseur de tension ;
- une deuxième source d'énergie rechargeable, notamment une batterie basse tension, connectée entre les troisièmes et quatrièmes bornes dudit dispositif convertisseur de tension.
L'invention concerne aussi un procédé de commande d'un système électrique selon Γ invention, comprenant les étapes consistant à :
- connecter une source d'énergie électrique extérieure audit système électrique entre les cinquième et sixième bornes du dispositif convertisseur de tension ;
~ commander les interrupteurs du premier côté, les interrupteurs du deuxième côté et les interrupteurs configurés pour connecter les troisième et quatrième inductances du deuxième côté entre la cinquième et la sixième borne du dispositif, de sorte qu'une énergie électrique circule entre d'une part la source d'énergie électrique extérieure et d' autre part la première source d'énergie rechargeable et/ou la deuxième source d'énergie rechargeable.
Selon un mode de réalisation, ledit procédé comprend l'étape consistant à mettre ledit interrupteur de neutralisation dans un état permettant le fonctionnement de ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et de ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté.
Selon un mode de réalisation, ledit procédé comprend les étapes consistant à :
- mettre ledit interrupteur de neutralisation dans un état neutralisant ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté ;
- commander les interrupteurs du premier côté et les interrupteurs du deuxième côté de sorte qu'une énergie électrique circule entre la première source d'énergie rechargeable et la deuxième source d'énergie rechargeable, notamment depuis la première source d' énergie rechargeable vers la deuxième source d'énergie rechargeable.
L'invention sera mieux comprise en faisant référence aux dessins, dans lesquels :
- la figure 1 représente un exemple de dispositif selon un mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 illustre des exemples de fonctionnement du dispositif selon l'invention ;
- les figures 3 à 5 illustrent des variantes de l'exemple illustré en figure 1 ;
- la figure 6 illustre un exemple de dispositif selon un mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 7 et 8 illustrent des variantes de l'exemple illustré en figure 6 ;
- les figures 9 et 10 illustrent des exemples de procédé de commande du dispositif selon l'invention. La figure 1 illustre un premier exemple de dispositif convertisseur de tension continu/continu 100 selon un mode de réalisation.
Le dispositif convertisseur continu/continu 100 comprend un circuit isolé 120 qui comporte une barrière d'isolation électrique 122. Un premier circuit magnétique 111 et un deuxième circuit magnétique 112 couplent entre elles des inductances respectives. Ces deux circuits magnétiques 111, 112 sont indépendants entre eux. Ainsi, le premier circuit magnétique 111 couple entre elles des inductances 11, 21 et le deuxième circuit 112 magnétique couple entre elles d' autres inductances 12, 22.
Un premier côté de la barrière d' isolation électrique 122 comporte une branche électrique A qui comprend une inductance 11 couplée au premier circuit magnétique et une inductance 12 couplée au deuxième circuit magnétique. Les inductances 11, 12 sont connectées en série électriquement. En particulier, ces inductances 11, 12 ont une borne commune. I c premier côté de la barrière d'isolation électrique 122 comporte en outre des interrupteurs M 1 1, M 1 , dits interrupteurs du premier côté. Ces interrupteurs Mi l, M12 du premier côté sont configurés pour connecter la branche électrique A entre une première borne 131 et une deuxième borne 132 du dispositif, directement, ou indirectement par l'intermédiaire notamment d'un circuit de régulation 121 décrit plus loin. En particulier, deux interrupteurs Mi l, M 1 2 du premier côté forment un premier bras 1. Notamment, la branche électrique A est connectée sur le premier bras 1 en un point intermédiaire entre les interrupteurs Mi l, M 12 du premier bras 1. La branche électrique A peut comprendre une capacité électrique 147 qui permet d'obtenir un courant moyen nul dans le circuit isolé 120, notamment dans la branche électrique A.
Un deuxième côté de la barrière d'isolation électrique 122 comporte une première inductance 21 couplée au premier circuit magnétique 111 et une deuxième inductance 22 couplée au deuxième circuit magnétique 112. Les inductances 21, 22 sont telles qu'un point de connexion entre la première 21 et la deuxième 22 inductance du deuxième côté de la barrière d'isolation 122 forme une troisième borne 133 du dispositif 100. Le deuxième côté comprend en outre des interrupteurs Ql, Q2, dits interrupteurs du deuxième côté. Ces interrupteurs Ql, Q2 du deuxième côté sont configurés pour connecter la première inductance 21 du deuxième côté et la deuxième inductance 22 du deuxième côté entre la troisième 133 et une quatrième borne 134 du dispositif 100.
Le deuxième côté de la barrière d'isolation électrique comprend en outre une troisième inductance 23 et une quatrième inductance 24. La troisième inductance 23 et la quatrième inductance 24 sont telles qu'un point de connexion entre la troisième 23 et la quatrième 24 inductance du deuxième côté de la barrière d'isolation 122 forme une cinquième borne 135 du dispositif 100. I c deuxième côté comprend en outre des interrupteurs Q3, Q4. Ces interrupteurs Q3, Q4 sont configurés pour connecter la troisième inductance 23 du deuxième côté et la quatrième inductance 24 du deuxième côté entre la cinquième 135 et une sixième borne 136 du dispositif 100. En particulier, les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté sont isolées électriquement des première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté.
La troisième inductance 23 du deuxième côté est couplée par un circuit magnétique 113 à une inductance 11 ' du premier côté liée électriquement avec les interrupteurs du premier côté ; et la quatrième inductance 24 du deuxième côté est couplée par un circuit magnétique 114 à une inductance 12' du premier côté liée électriquement avec les interrupteurs du premier côté. Ainsi, un échange d'énergie magnétique peut avoir lieu entre les troisième 23 et quatrième 24 inductances d'une part et la branche électrique A d' autre part.
Lors du fonctionnement du dispositif convertisseur de tension 100, les première 131 et deuxième 132 bornes du dispositif 100 peuvent être connectées à un premier réseau électrique ; les troisième 133 et quatrième 134 bornes peuvent être connectées à un deuxième réseau électrique ; et/ou les cinquième 135 et sixième 136 bornes peuvent être connectées à un troisième réseau électrique.
Les première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté, les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté, et les inductances 1 1, 12, 1 , 12' du premier côté échangent, directement ou indirectement, une énergie magnétique entre elles en fonction des états ouvert/fermé des interrupteurs Ml 1, M 12 du premier côté, et des interrupteurs Ql, Q2, Q3, Q4 du deuxième côté lors d'une conversion entre deux tensions prises entre la première 131 et la deuxième 132 borne ou entre la troisième 133 et la quatrième 134 borne, ou entre la cinquième 135 et la sixième 136 borne.
L'inductance 11 du premier côté couplée avec la première inductance 21 du deuxième côté, et l'inductance 12 du premier côté couplée avec la deuxième inductance 22 du deuxième côté permettent un fonctionnement en un premier convertisseur de tension continu/continu I entre le premier réseau et le deuxième réseau en fonction des états ouverts fermés des interrupteurs Mi l, M ! 2 du premier côté et des interrupteurs Ql, Q2 du deuxième côté. Lors du fonctionnement du premier convertisseur I, le troisième réseau électrique peut être déconnecté des cinquième 135 et sixième 136 bornes du dispositif 100, par exemple en ouvrant un interrupteur situé entre la cinquième 135 ou la sixième 136 borne et le troisième réseau électrique. Ainsi, il n'y a pas de perte d'énergie par les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté.
L'inductance 11' du premier côté couplée avec la troisième inductance 23 du deuxième côté, et l'inductance 12' du premier côté couplée avec la quatrième inductance 24 du deuxième côté permettent un fonctionnement en un deuxième convertisseur de tension continu/continu 11 entre le premier réseau et le troisième réseau en fonction des états ouverts fermés des interrupteurs Mi l, M 1 2 du premier côté et des interrupteurs Q3, Q4 liés aux troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté. Lors du fonctionnement du deuxième convertisseur I I, le deuxième réseau électrique peut être déconnecté des troisième 133 et quatrième 134 bornes du dispositif 100, par exemple en ouvrant un interrupteur situé entre la troisième 133 ou la quatrième 134 borne et le deuxième réseau électrique. Ainsi, il n'y a pas de perte d'énergie par les première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté.
En outre, par l'intermédiaire, d'une part, du couplage magnétique entre les inductances 11, 12 du premier côté, et la première 21 et la deuxième 22 inductance du deuxième côté et d' autre part du couplage magnétique entre les inductances 11', 12' du premier côté, et la troisième 23 et la quatrième 24 inductances du deuxième côté, le dispositif 100 permet un fonctionnement en un troisième convertisseur de tension continu/continu I I I entre le deuxième réseau et le troisième réseau. L'échange d' énergie entre le deuxième et le troisième réseaux est fonction des états ouverts fermés des interrupteurs Mi l, M 12 du premier côté, des interrupteurs Ql, Q2 liés aux première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté, et des interrupteurs Q3, Q4 liés aux troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté. Le dispositif convertisseur de tension peut donc comprendre trois convertisseurs de tension. En particulier, dans un mode de fonctionnement, le dispositif 100 combine un fonctionnement selon le deuxième convertisseur de tension 11 et le troisième convertisseur de tension I I I. Le troisième convertisseur I I I fonctionne notamment en même temps que le deuxième convertisseur I I. En particulier, les états ouverts fermés des interrupteurs Mi l, M 12 du premier côté, des interrupteurs Ql, Q2 liés aux première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté, et des interrupteurs Q3, Q4 liés aux troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté sont déterminés de manière à obtenir un rendement et/ou un gain donné dans l'échange d'énergie entre le premier et le troisième réseau. La conversion entre le premier réseau et le troisième réseau électrique est contrôlée par les interrupteurs ; l'énergie échangée avec le deuxième réseau dépend de la tension sur le deuxième réseau électrique et ne fait pas l'objet d'un contrôle particulier. Notamment, dans le premier convertisseur de tension I, l'inductance 11 du premier côté et la première inductance 21 du deuxième côté couplée par le premier circuit magnétique 111, et l'inductance 12 du premier côté et la deuxième inductance 22 couplées par le deuxième circuit magnétique 112 forment un composant magnétique. I c premier côté forme un circuit primaire du composant magnétique et le deuxième côté forme un circuit secondaire du composant magnétique. Les première 11 et deuxième 12 inductances du premier côté forment respectivement une première et une deuxième partie du circuit primaire. Les première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté forment respectivement une première et une deuxième partie du circuit secondaire. Le composant magnétique est configuré pour, lors de la conversion d'une tension d' entrée du premier convertisseur I en une tension de sortie, fonctionner comme un transformateur du circuit primaire vers le circuit secondaire et comme une impédance qui stocke de l'énergie au niveau du circuit primaire.
En particulier, le composant magnétique fonctionne comme un transformateur du circuit primaire vers le circuit secondaire et comme une impédance qui stocke de l'énergie au niveau du circuit primaire sur une même période de fonctionnement du convertisseur. En particulier, le premier bras 1 est commandé en modulation par largeur d' impulsion (« puise width modulation » en anglais) et, sur une même période de modulation, le composant magnétique fonctionne comme un transformateur du circuit primaire vers le circuit secondaire et comme une impédance qui stocke de l'énergie au niveau du circuit primaire. Ainsi, sur une première partie d'une période de fonctionnement du premier convertisseur I, la première partie 11 du circuit primaire transfère une énergie vers la première partie 21 du circuit secondaire et la deuxième partie 12 du circuit primaire réalise une inductance stockant de l'énergie. Sur une deuxième partie de la période de fonctionnement, la deuxième partie 12 du circuit primaire transfère une énergie vers la deuxième partie 22 du circuit secondaire, et la première partie 11 du circuit primaire réalise une inductance stockant de l'énergie. Notamment, la première partie de période de fonctionnement correspond à une première partie de la période de modulation ; et la deuxième partie de la période de fonctionnement correspond à une deuxième partie de la période de modulation. Ces première et deuxième parties sont notamment déterminées par le rapport cyclique du premier bras 1.
Le deuxième convertisseur de tension 11 a un fonctionnement similaire au premier convertisseur de tension I avec l'inductance 1 du premier côté formant la première partie du circuit primaire, et l'inductance 12' du premier côté formant la deuxième partie du circuit primaire. La troisième inductance 23 du deuxième côté forme la première partie du circuit secondaire, et la quatrième inductance 24 du deuxième côté forme la deuxième partie du circuit secondaire. I c circuit isolé 120 étant réversible, l'échange d'énergie peut se faire du primaire vers les secondaires ; ou des secondaires vers le primaire.
Notamment, le dispositif convertisseur de tension 100 peut être embarqué dans un véhicule. Le premier réseau peut être un premier réseau électrique du véhicule. I c deuxième réseau peut être un deuxième réseau électrique du véhicule. Par exemple, le premier réseau électrique peut avoir une tension nominale supérieure à celle du deuxième réseau électrique. En particulier, le premier réseau peut être un réseau haute tension, qui peut comprendre entre autres une source d'énergie rechargeable 140, telle qu' une batterie du véhicule, ou d' autres consommateurs haute tension du véhicule. En particulier, le deuxième réseau électrique peut être un réseau basse tension, qui peut comprendre entre autres une source d'énergie rechargeable 142, et d' autres consommateurs électriques basse tension. I c troisième réseau peut être un réseau électrique extérieur au véhicule. Par exemple, le troisième réseau peut être un réseau électrique d'un autre véhicule, ou un réseau de distribution électrique résidentiel, ou une borne de recharge. Les réseaux électriques peuvent comprendre des masses respectives GND 1, GND2, GND3. Ainsi, comme illustré par exemple en figure 2, le dispositif 100 permet de réaliser dans un même circuit électrique un premier convertisseur continu/continu I entre un réseau haute tension et un réseau basse tension du véhicule ; et permet en outre de réaliser un deuxième convertisseur continu/continu ! I compris dans un chargeur embarqué IV dans le véhicule. I c deuxième convertisseur continu/continu 11 peut être associé avec un correcteur de facteur de puissance (ou PFC pour « power factor corrector » en anglais) 144 pour mettre en phase un courant et une tension échangée avec le troisième réseau électrique et un redresseur 146 pour faire une conversion entre une tension alternative du troisième réseau électrique et la tension continue aux bornes du deuxième convertisseur de tension I I. Le PFC 144 et le redresseur 146 peuvent être réalisés dans un même circuit, qui se connecte à la cinquième 135 et la sixième borne 136 du dispositif 100.
Les interrupteurs Ql, Q2, Q3, Q4 du dispositif 100 permettent notamment un fonctionnement réversible du dispositif convertisseur de tension 100, c'est-à-dire un échange d'énergie dans les deux sens à travers la barrière d'isolation électrique 122. En particulier, l'énergie magnétique peut circuler entre d'une part les inductances 11, 12 du premier côté et d'autre part la première 21 et la deuxième 22 inductances du deuxième côté et/ou l'énergie peut circuler entre d'une part les inductances 11', 12' du premier côté et d' autre part la troisième 23 et la quatrième 24 inductances du deuxième côté.
Un premier interrupteur Ql peut être connecté entre une borne de la première inductance 21 du deuxième côté et la quatrième borne 134 du dispositif 100. Un deuxième interrupteur Q2 peut être connecté entre une borne de la deuxième inductance 22 du deuxième côté et la quatrième borne 134. Notamment, les interrupteurs Ql, Q2 configurés pour connecter les première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté entre une troisième 133 et une quatrième 134 borne du dispositif 100 réalisent une conversion alternative/continue entre les bornes des inductances 21, 22 et les troisième 133 et quatrième 134 bornes du dispositif 100. En particulier, la première inductance 21 et la deuxième inductance 22 du deuxième côté de la barrière d'isolation électrique 122 peuvent avoir une borne électrique commune formant la troisième borne 133 du dispositif 100, par exemple comme illustré en figure 1. Cependant, un interrupteur pourrait être situé entre une borne de la première inductance 21 du deuxième côté et la troisième borne 133 du dispositif 100 ; et un autre interrupteur pourrait être situé entre une borne de la deuxième inductance 22 du deuxième côté et la troisième borne 133 du dispositif 100.
Un troisième interrupteur Q3 peut être connecté entre une borne de la troisième inductance 23 du deuxième côté et la sixième borne 136 du dispositif 100. Un quatrième interrupteur Q4 peut être connecté entre une borne de la quatrième inductance 24 du deuxième côté et la sixième borne 136. Notamment, les interrupteurs Q3, Q4 configurés pour connecter les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté entre une cinquième 135 et une sixième 136 borne du dispositif 100 réalisent une conversion alternative/continue entre les bornes des inductances 23, 24 et les cinquième 135 et sixième 136 bornes du dispositif 100. En particulier, la troisième inductance 23 et la quatrième inductance 24 du deuxième côté de la barrière d'isolation électrique 122 peuvent avoir une borne électrique commune formant la cinquième borne 135 du dispositif 100, par exemple comme illustré en figure 1. Cependant, un interrupteur pourrait être situé entre une borne de la troisième inductance 23 du deuxième côté et la cinquième borne 135 du dispositif 100 ; et un autre interrupteur pourrait être situé entre une borne de la quatrième inductance 24 du deuxième côté et la cinquième borne 135 du dispositif 100.
Dans l'exemple illustré en figure 1, la troisième inductance 23 du deuxième côté est couplée avec une inductance 11 ' qui est différente de l'inductance 11 du premier côté couplée au premier circuit magnétique 111. L'inductance 11 ' est liée électriquement avec les interrupteurs Mi l, M12 du premier côté ; et est couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté par un troisième circuit magnétique 113. La quatrième inductance 24 du deuxième côté est couplée avec une inductance 12' qui est différente de l'inductance 12 du premier côté couplée au deuxième circuit magnétique 112, et qui est en série électriquement avec l'inductance 11 ' couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté. Notamment, une borne de l'inductance 12' du premier côté couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté est connectée à une borne de l'inductance 11' du premier côté couplée au troisième circuit magnétique 113. L'inductance 12' est liée électriquement avec les interrupteurs Ml 1, M 12 du premier côté ; et est couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté par un quatrième circuit magnétique 114 qui est indépendant du troisième circuit magnétique 113.
Ainsi, les première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté d'une part et les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté d' autre part n'échangent pas directement de l'énergie magnétique entre elles. Notamment, les troisième 113 et quatrième 114 circuits magnétiques sont indépendants des premier 111 et deuxième 112 circuits magnétiques. Une énergie magnétique peut circuler entre les première 21 ou deuxième 22 inductances du deuxième côté d'une part et les troisième 23 ou quatrième 24 inductances du deuxième côté d' autre part par l'intermédiaire d'une transformation en énergie électrique dans les inductances 11, 12, 11 ', 12' du premier côté.
En particulier, dans une première variante, l'inductance 11 ' du premier côté couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et l'inductance 12' du premier côté couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté sont situées dans la branche électrique A, par exemple comme illustré en figure 1. Notamment, les premières 11, deuxième 12, troisième 11' et quatrième 12' inductances du premier côté peuvent être situées dans cet ordre le long de la première branche électrique A. Cependant, dans une deuxième variante, par exemple illustrée en figure 3, l'inductance 11' du premier côté couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté, et l'inductance 12' du premier côté couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté sont situées dans une deuxième branche électrique A' connectée en parallèle de la première branche électrique A. La première variante permet un meilleur contrôle de l'énergie échangée avec le deuxième réseau électrique par l'intermédiaire des première 21 et deuxième 22 inductances, car dans la deuxième variante la répartition du courant entre la première branche A et la deuxième branche A' est subie et n'est pas contrôlable.
Le dispositif 100 peut comprendre un interrupteur 148 configuré pour sélectivement neutraliser l'inductance 11' du premier côté couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et l'inductance 12' du premier côté couplée à la quatrième inductance 24. Notamment, l'interrupteur 148 de neutralisation peut prendre un état ouvert ou fermé. L'interrupteur 148 de neutralisation est configuré pour, dans l'un desdits états, empêcher que l'inductance 11' du premier côté couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et l'inductance 12' du premier côté couplée à la quatrième inductance 24 participent au fonctionnement du dispositif 100 ; et dans l'autre état, permettre que lesdites inductances 11', 12' participent au fonctionnement du dispositif 100. L'interrupteur 148 de neutralisation permet de mettre en œuvre uniquement le premier convertisseur I entre le premier et le deuxième réseau lorsque cela s'avère nécessaire. Par exemple, lorsque l'on souhaite réaliser un échange d'énergie entre le premier et le deuxième réseau en minimisant les pertes.
En particulier, dans la première variante illustrée en figure 1, l'interrupteur 148 de neutralisation peut être en parallèle des inductances 1 , 12' en série. Lorsque l'interrupteur 148 de neutralisation est fermé, il met en court-circuit l'inductance 11 ' couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et l'inductance 12' couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté. Dans la deuxième variante illustrée en figure 3, l'interrupteur 148 de neutralisation peut être en série avec les inductances 11 ' , 12' . Lorsque Γ interrupteur 148 de neutralisation est ouvert, il déconnecte la branche électrique A' contenant l'inductance 1 couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et l'inductance 12' couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté.
Par exemple, une source d'énergie électrique extérieure audit dispositif 100 peut-être connectée entre les cinquième 135 et sixième 136 bornes du dispositif convertisseur de tension, par exemple par l'intermédiaire d'un redresseur 146 et d'un PFC 144 comme illustré en figure 2. I c dispositif convertisseur de tension 100 peut alors être commandé comme illustré en figure 9. Dans une étape 200, l'interrupteur 148 de neutralisation est mis dans un état permettant le fonctionnement de l'inductance 11' couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et de ladite inductance 12' couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté. Ensuite, dans une étape 202, on commande d'une part les interrupteurs Mi l, M 12 du premier côté, d' autre part les interrupteurs Ql, Q2 du deuxième côté et/ou les interrupteurs Q3, Q4 configurés pour connecter les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté entre la cinquième et la sixième borne du dispositif, de sorte qu'une énergie électrique circule entre d'une part la source d' énergie électrique extérieure et d'autre part la première source d'énergie rechargeable 140 et/ou la deuxième source d'énergie rechargeable 142. Ainsi, l'une ou l'autre des sources d'énergie rechargeable 140, 142 peuvent être chargées en même temps ou l'une à la fois.
Le dispositif convertisseur de tension 100 peut être commandé comme illustré en figure 10. Dans une étape 204, l'interrupteur 148 de neutralisation est mis dans un état neutralisant Γ inductance 11 ' couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et l'inductance 12' couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté. Ainsi, la troisième inductance 23 et la quatrième inductance 24 du deuxième côté ne contribuent pas au fonctionnement du dispositif 100. Ensuite, dans une étape 206, les interrupteurs Mi l, M 12 du premier côté et les interrupteurs Ql, Q2 du deuxième côté sont commandés de sorte qu'une énergie électrique circule entre la première source d'énergie rechargeable 140 et la deuxième source d' énergie rechargeable 142. En particulier, de sorte qu'une énergie électrique circule depuis la première source d'énergie rechargeable 140 vers la deuxième source d'énergie rechargeable 12. Notamment, le dispositif 100 peut être dans une situation dans laquelle aucune énergie électrique ne circule dans les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté. C'est par exemple le cas lorsqu' aucune source d'énergie électrique n'est connectée entre la cinquième 135 et la sixième 136 borne du dispositif 100.
Le rapport de transformation NI de la première inductance 11 du premier côté vers la première inductance 21 du deuxième côté est par exemple égal au rapport de transformation N2 de la deuxième inductance 12 du premier côté vers la deuxième inductance 22 du deuxième côté. Cependant, ces deux rapports de transformations NI, N2 pourraient être de valeurs différentes. Dans ce qui suit, ces deux rapports de transformation sont égaux à une première valeur N. Le cas où les rapports de transformation sont différents peut se déduire de ce cas. I c rapport de transformation N3 de l'inductance 1 Γ du premier côté vers la troisième inductance 23 du deuxième côté est par exemple égal au rapport de transformation N4 de l'inductance 12' du premier côté vers la quatrième inductance 24 du deuxième côté. Cependant, ces deux rapports de transformations N3, N4 pourraient être de valeurs différentes. Dans ce qui suit, ces deux rapports de transformation N3, N4 sont égaux à une deuxième valeur N' . I c cas où les rapports de transformation sont différents peut se déduire de ce cas.
Les première N et deuxième N' valeurs de rapport de transformation peuvent être différentes. La différence entre les première N et deuxième N' valeurs de rapport de transformation permet d' adapter les puissances souhaitées sur les réseaux électriques,
Le dispositif de conversion 100 peut comprendre un circuit de régulation 121 connecté entre les interrupteurs Mi l, M 12 du premier bras 1 du premier côté et les première 131 et deuxième 132 bornes. I c circuit de régulation 121 est configuré pour réguler un paramètre U, I aux bornes des interrupteurs Mi l, M 12 du premier bras 1 avec un rapport cyclique des interrupteurs Mi l, M 12 qui reste sensiblement constant. Notamment, une capacité 149 peut être connectée entre une première borne extrémale du premier bras 1 et une deuxième borne extrémale du premier bras 1 de manière à maintenir une tension constante aux bornes du premier bras 1.
I c circuit de régulation 121 est par exemple configuré pour réguler une tension U aux bornes des interrupteurs Mi l, M 12 du premier bras 1, le rapport cyclique des interrupteurs Mi l, M 12 du premier côté restant sensiblement constant. Le circuit de régulation 121 peut alors être connecté aux bornes extrémales du premier bras 1, par exemple comme illustré en figure 1. Le circuit de régulation 121 peut être un circuit convertisseur élévateur, abaissera-, élévateur/abaisseur, ou un autre type de circuit convertisseur.
L'exemple illustré en figure 1 pourrait être différent, par exemple comme illustré en figures 4 ou 5. I c circuit de régulation 121 peut être configuré pour réguler un courant I délivré au premier bras 1 du premier côté, le rapport cyclique des interrupteurs Mi l, M 12 du premier bras 1 restant sensiblement constant. 1 c circuit de régulation 121 peut alors être connecté au premier bras 1 comme représenté en figure 4, c'est-à-dire entre une borne extrémale du premier bras 1 et le point milieu du premier bras 1. Le circuit de régulation 121 peut être comme illustré en figure 5. Ce circuit de régulation 121 comprend un deuxième bras 2 relié à la première 131 et à la deuxième 132 borne. Le deuxième bras 2 comporte un premier interrupteur M21 et un deuxième élément électronique M 22. Le deuxième élément électronique peut être un deuxième interrupteur M22 ou une diode. Une inductance Ll est connectée entre des points milieux du premier 1 et du deuxième 2 bras.
Les figures 6 et 7 illustrent des exemples de dispositif 100 respectivement similaires à ceux illustrés en figure 1, 3 si ce n'est le circuit isolé 120.
Dans le mode de réalisation illustré en figures 6 et 7, au premier côté de la barrière d'isolation électrique 122, une deuxième branche électrique B comprend une troisième inductance 13 couplée au premier circuit magnétique 111 et une quatrième inductance 14 qui est en série électriquement avec la troisième inductance 13 et couplée au deuxième circuit magnétique 112. Les interrupteurs Mi l, M 12 du premier côté sont configurés pour connecter les première À et deuxième B branches électriques entre la première 131 et la deuxième 132 borne du dispositif 100. Une capacité 150 est située dans le premier bras 1 entre les deux interrupteurs Mi l, 12 du premiers bras 1. La capacité 150 est connectée entre les deux interrupteurs Mi l, M 12. Notamment, la capacité 150 peut avoir une première borne connectée au premier interrupteur Mi l au niveau d'un point de connexion PI, et une deuxième borne connectée au deuxième interrupteur M ! 2 au niveau d'un deuxième point de connexion P2. Notamment, la première capacité 150 peut être connectée au premier interrupteur Mi l au niveau de l'électrode de source du premier interrupteur Mi l, et elle peut être connectée au deuxième interrupteur M 12 au niveau de l'électrode de drain du deuxième interrupteur M 12. La deuxième branche électrique B est connectée entre une première borne extrémale la du bras 1 et le deuxième point de connexion P2. La première borne extrémale la du bras 1 correspond à la borne du premier interrupteur Mi l qui n'est pas connectée à la première capacité 150. La première branche électrique A est connectée entre une deuxième borne extrémale lb du premier bras 1 et le premier point de connexion Pl. La deuxième borne extrémale lb du bras 1 correspond notamment à la borne du deuxième interrupteur M 12 qui n'est pas connectée à la première capacité 150.
De manière similaire aux exemples illustrés en figure 1, 3, les dispositifs 100 illustrés en figures 6, 7, comprennent une troisième 23 et une quatrième 24 inductance au deuxième côté de la barrière d'isolation électrique 122. Dans ces variantes, le dispositif 100 comprend des inductances supplémentaires 11' , 12' , 13', 14' de manière similaire respectivement aux exemples illustrés en figures 1 et 3. Le circuit isolé 120 comprend au premier côté de la barrière d'isolation électrique 122, une cinquième inductance 11 ' couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté par un troisième circuit magnétique 113 ; et une sixième inductance 12' couplée à la quatrième inductance du deuxième côté par un quatrième circuit magnétique 114. Les cinquième 1 Γ et sixième 12' inductances sont en série électriquement et sont liées électriquement avec les interrupteurs M 1 1 , M12 du premier côté. Les cinquième l l'et sixième 12' inductances sont connectées à la première branche électrique A. Le circuit isolé 120 comprend aussi une septième inductance 13' couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté par le troisième circuit magnétique 113 ; et une huitième inductance 14' couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté par le quatrième circuit magnétique 114. Les septième 13' et huitième 14' inductances sont en série électriquement et sont liées électriquement avec les interrupteurs Mi l, M 12 du premier côté. Les septième 13' et huitième 14' inductances sont connectées à la deuxième branche électrique B.
En particulier, dans l'exemple illustré à la figure 6, les cinquième 11' et sixième 12' inductances sont situées dans la première branche électrique A en série avec les première 11 et deuxième 12 inductances. Notamment, les première 11, deuxième 12, cinquième 11' et sixième 12' inductances sont situées dans cet ordre le long de la première branche électrique A. I .es septième 13' et huitième 14' inductances sont situées dans la deuxième branche électrique B en série avec les troisième 13 et quatrième 14 inductances. Notamment, les troisième 13, quatrième 14, septième 13' et huitième 14' inductances sont situées dans cet ordre le long de la deuxième branche électrique B.
En particulier, dans l'exemple illustré à la figure 7, les cinquième 11' et sixième 12' inductances sont situées dans une branche électrique A' parallèle à la première branche électrique A. Les septième 13' et huitième 14' inductances sont situées dans une branche électrique B' parallèle à la deuxième branche électrique B .
Les exemples illustrés en figures 6, 7 peuvent comprendre un circuit de régulation 121 similaire à celui décrit précédemment. Cependant, les exemples 6, 7 peuvent comprendre un circuit de régulation 121 qui est différent des exemples décrits précédemment et qui est illustré en figure 8. Ce circuit de régulation 121 est similaire à celui décrit en figure 5, si ce n'est qu'il comprend une capacité C3 dans le deuxième bras 2 et une inductance L2 connectée entre le premier bras 1 et le deuxième bras 2. La capacité C3 est connectée entre le premier interrupteur M 2 1 du deuxième bras 2 et le deuxième interrupteur M22 du deuxième bras 2. Ainsi, la capacité C3 est en série entre le premier interrupteur M 2 1 et le deuxième interrupteur M22 du deuxième bras 2. La première inductance Ll du circuit de régulation 121 est connectée au point de connexion P3 entre la capacité C3 et le deuxième interrupteur M22. La deuxième inductance L2 du circuit de régulation 121 est connectée entre le premier point de connexion PI du premier bras 1 et un quatrième point de connexion P4 entre le premier interrupteur M 1 et la capacité C3. En rajoutant la capacité C3 et l'inductance L2, on augmente la plage de tension atteignable par le dispositif convertisseur de tension 100 par rapport au dispositif convertisseur comprenant le circuit de régulation 121 illustré en figure 5. Ce circuit de régulation 121 pourrait se passer des diodes et capacités qui sont en parallèle des interrupteurs M21, M , M 1 1 , M12.
Dans les exemples illustrés en figures 6 et 7, le circuit isolé 120 fonctionne de façon similaire au circuit isolé illustré en figures 1, 3. Dans le premier convertisseur de tension I, les première 11 et troisième 13 inductances du premier côté forment la première partie du circuit primaire et les deuxième 12 et quatrième 14 inductances du premier côté forment la deuxième partie du circuit primaire. Les première 21 et deuxième 23 inductances du deuxième côté forment respectivement la première et la deuxième partie du circuit secondaire. Dans le deuxième convertisseur de tension I I, les cinquième 11' et septième 13' inductances du premier côté forment la première partie du circuit primaire et les sixième 12' et huitième 14' inductances du premier côté forment la deuxième partie du circuit primaire. Les exemples de dispositif convertisseur de tension continu/continu 100 selon l'invention sont particulièrement adaptés pour des applications embarquées dans un véhicule, notamment un véhicule électrique ou hybride, pour la conversion de tension entre un premier et un deuxième réseau de bord ayant des tensions différentes et pour la charge de batteries du véhicule à partir d'un réseau électrique extérieur. Cependant, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et pourrait s'appliquer à une installation électrique résidentielle dans laquelle le troisième réseau électrique est une source d' énergie renouvelable, telle que par exemple une éolienne ou un panneau photovoltaïque. En outre, notamment, les interrupteurs peuvent être des transistors, tels que des transistors MOSFET, IGBT, ou autres. Les circuits peuvent être réalisés à partir d'un matériau semiconducteur tel que du silicium (Si), du nitrure de gallium (GaN), du carbure de silicium (SiC), ou tout autre matériau semiconducteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif convertisseur de tension continu/continu (100), notamment destiné à être embarqué dans un véhicule, comprenant :
- un circuit isolé (120) qui comporte une barrière d'isolation électrique (122), et des inductances (11, 13, 21)coupiées entre elles par un premier circuit magnétique (111) indépendant d'un deuxième circuit magnétique (112) qui couple des inductances (12, 14, 22) entre elles, et dans lequel :
- un prermer côté de la barrière d'isolation électrique (122) comporte : au moins une branche électrique (A, B) comprenant une inductance (11, 13) qui est couplée au premier circuit magnétique (111) et est en série électriquement avec une inductance (12, 14) couplée au deuxième circuit magnétique (112) ; et des interrupteurs (Mi l, M12), dits interrupteurs du premier côté, configurés pour connecter ladite branche électrique (A, B) entre une première (131) et une deuxième (132) bornes du dispositif, lesdits interrupteurs comprenant des interrupteurs (Mi l, M12) formant un premier bras (1), et lesdites première (131) et deuxième (132) bornes étant destinées à être reliées à un premier réseau électrique, notamment un premier réseau électrique du véhicule ;
■ un deuxième côté de la barrière d'isolation électrique (122) comporte : au moins une première inductance (21) couplée au prermer circuit magnétique (111) et au moins une deuxième inductance (22) couplée au deuxième circuit magnétique (112), un point de connexion entre la première (21) et la deuxième (22) inductance du deuxième côté de la barrière d'isolation formant une troisième borne (133) du dispositif ; et des interrupteurs (Ql, Q2), dits interrupteurs du deuxième côté, configurés pour connecter les première (21) et deuxième (22) inductances du deuxième côté entre la troisième (133) et une quatrième (134) borne du dispositif, lesdites troisième (133) et quatrième (134) bornes étant destinées à être reliées à un deuxième réseau électrique, notamment un deuxième réseau électrique du véhicule ;
le deuxième côté de la barrière d'isolation électrique (122) comprenant en outre une troisième inductance (23) et une quatrième inductance (24), un point de connexion entre la troisième (23) et la quatrième (24) inductance du deuxième côté de la barrière d'isolation formant une cinquième borne (135) du dispositif ; et des interrupteurs (Q3, Q4) configurés pour connecter les troisième (23) et quatrième (24) inductances du deuxième côté entre la cinquième (135) et une sixième (136) borne du dispositif, lesdites cinquième (135) et sixième (136) bornes étant destinées à être reliées à un troisième réseau électrique, notamment un réseau électrique extérieur au véhicule,
lesdites troisième (23) et quatrième (24) inductances du deuxième côté étant couplées par un circuit magnétique respectif (113, 114) à au moins une inductance respective située du premier côté de la barrière d' isolation (122) et liée électriquement avec lesdits interrupteurs (Mi l, M12) du premier côté.
2. Dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication 1, dans lequel le premier côté de la barrière d'isolation électrique (122) comprend en outre :
- au moins une inductance (11 ', 13') couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté par un troisième circuit magnétique (113) ;
- au moins une inductance (12', 14') couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté par un quatrième circuit magnétique (114), lesdits troisième (113) et quatrième (114) circuits magnétiques étant indépendants entre eux ;
ladite inductance (11 ', 13') couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance (12', 14') couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté étant en série électriquement, et étant liées électriquement avec lesdits interrupteurs (Mi l, M12) du premier côté.
3. Dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication précédente, dans lequel ladite inductance (1 , 13') couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance (12', 14') couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté sont situées dans ladite branche électrique (A, B).
4. Dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication 2, dans lequel ladite inductance (1 Γ, 13') couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance
(12', 14') couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté sont situées dans une autre branche électrique (Α', Β') connectée en parallèle de ladite branche électrique (A, B).
5. Dispositif convertisseur de tension (100) selon l'une des revendications 2 à 4, comprenant un interrupteur (148, 152), dit interrupteur de neutralisation (148, 152), configuré pour sélectivement neutraliser ladite inductance (11 ' , 13') couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance (12', 14') couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté. 6. Dispositif convertisseur de tension (100) selon les revendications 3 et 5, dans lequel ledit interrupteur de neutralisation (148, 152) est configuré pour sélectivement mettre en court-circuit ladite inductance (11 ', 13') couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance (12', 14') couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté. 7. Dispositif convertisseur de tension (100) selon les revendications 4 et 5, dans lequel l'interrupteur de neutralisation (148, 152) est compris dans la branche électrique (Α', Β') comprenant ladite inductance (11 ', 13') couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance (12', 14') couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté, ledit interrupteur de neutralisation (148, 152) étant configuré pour ouvrir sélectivement cette branche (Α', Β').
8. Dispositif convertisseur de tension (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit isolé (120) comprend au premier côté de la barrière d'isolation électrique
(122) :
- une première branche électrique (A) comprenant une première inductance (11) qui est couplée au premier circuit magnétique (111) et est en série électriquement avec une deuxième inductance (12) couplée au deuxième circuit magnétique (112) ;
-une deuxième branche électrique (B) comprenant une troisième inductance (13) qui est couplée au premier circuit magnétique (111) et est en série électriquement avec une quatrième inductance (14) couplée au deuxième circuit magnétique (112),
lesdits interrupteurs (Mi l, M 12) du premier côté, étant configurés pour connecter lesdites première (A) et deuxième (B) branches électriques entre la première (131) et la deuxième (132) borne du dispositif, et le circuit isolé (120) étant tel que :
- les interrupteurs du premier côté comportent un premier interrupteur (Mi l) et un deuxième interrupteur (M 12) formant ledit premier bras (1) avec une première capacité (150) connectée entre les deux interrupteurs (Mi l, M12), ;
- ladite deuxième branche électrique (B) est connectée entre une première borne extrémale (la) du bras (A) et le point de connexion, dit deuxième point de connexion (P2), entre le deuxième interrupteur (M12) du bras (1) et la première capacité (150), la première borne extrémale du bras (A) correspondant à la borne du premier interrupteur (Mi l) qui n' est pas connectée à la première capacité (150) ; et
- ladite première branche électrique (A) est connectée entre une deuxième borne extrémale (1b) du premier bras (1) et le point de connexion, dit premier point de connexion (PI), entre le premier commutateur (Mi l) et la première capacité (150), la deuxième borne extrémale (1b) du premier bras (A) correspondant à la borne du deuxième interrupteur (M 12) qui n'est pas connectée à la première capacité (150). 9. Dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication précédente et la revendication 2, dans lequel le circuit isolé (120) comprend au premier côté de la barrière d'isolation électrique (122) :
- une cinquième inductance (11 ') couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté par le troisième circuit magnétique (113), et une sixième inductance (12') couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté par le quatrième circuit magnétique (114), lesdites cinquième (11 ') et sixième (12') inductances étant en série électriquement, et étant liées électriquement avec lesdits interrupteurs (Ml 1, M12) du premier côté ;
- une septième inductance (13') couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté par le troisième circuit magnétique (113), et une huitième inductance (14') couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté par le quatrième circuit magnétique (114), lesdites septièmes (13') et huitième (14') inductances étant en série électriquement, et étant liées électriquement avec lesdits interrupteurs du premier côté ;
lesdites cinquième (1 ) et sixième (12') inductances étant connectées à la première branche électrique (A) et lesdites septième (13') et huitième (14') inductances étant connectées à la deuxième branche électrique (B).
10. Dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication précédente et la revendication 3, dans lequel les cinquième (11') et sixième (12') inductances sont situées dans la première branche électrique (A) en série avec les première (11) et deuxième (12) inductances ; et les septième (13') et huitième (14') inductances sont situées dans la deuxième branche électrique (B) en série avec les troisième (13) et quatrième (14) inductances.
11. Dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication 9 et la revendication 4, dans lequel les cinquième (1 ) et sixième (12') inductances sont situées dans une branche électrique (Α') parallèle à la première branche électrique (A) ; et les septième (13') et huitième (14') inductances sont situées dans une branche électrique (Β') parallèle à la deuxième branche électrique
(B).
12. Système électrique, notamment configuré pour être embarqué dans un véhicule automobile, comprenant :
- un dispositif convertisseur de tension (100) selon l'une des revendications précédentes ;
- une première source d'énergie rechargeable (140), notamment une batterie haute tension, connectée entre la première (131) et la deuxième (132) borne dudit dispositif convertisseur de tension (100) ;
- une deuxième source d'énergie rechargeable (142), notamment une batterie basse tension, connectée entre la troisième (133) et la quatrième (134) bornes dudit dispositif convertisseur de tension (100).
13. Procédé de commande d'un système électrique selon la revendication 12, comprenant les étapes consistant à :
- connecter une source d'énergie électrique extérieure audit système électrique entre les cinquième (135) et sixième (136) bornes du dispositif convertisseur de tension (100) ;
- commander les interrupteurs (Mi l, M 12) du premier côté, les interrupteurs (Ql, Q2) du deuxième côté et les interrupteurs (Q3, Q4) configurés pour connecter les troisième (23) et quatrième (24) inductances du deuxième côté entre la cinquième (135) et la sixième (136) borne du dispositif, de sorte qu'une énergie électrique circule entre d'une part la source d'énergie électrique extérieure et d' autre part la première source d'énergie rechargeable (140) et/ou la deuxième source d'énergie rechargeable (142).
14. Procédé de commande selon la revendication 13, ledit système comprenant un dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication 5, ledit procédé comprenant l'étape (200) consistant à mettre ledit interrupteur de neutralisation (148, 152) dans un état permettant le fonctionnement de ladite inductance (1 , 13') couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et de ladite inductance (12' , 14') couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté.
1 . Procédé de commande d'un système électrique selon la revendication 12, ledit système comprenant un dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication 5, comprenant les étapes consistant à :
- mettre ledit interrupteur de neutralisation (148, 152) dans un état neutralisant ladite inductance (1 Γ, 13') couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance (12', 14') couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté ;
- commander les interrupteurs (Mi l, M 12) du premier côté et les interrupteurs (Ql, Q2) du deuxième côté de sorte qu'une énergie électrique circule entre la première source d' énergie rechargeable (140) et la deuxième source d' énergie rechargeable (142), notamment depuis la première source d'énergie rechargeable vers la deuxième source d'énergie rechargeable.
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