FR2458941A1 - POWER SUPPLY CIRCUIT - Google Patents
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Abstract
CIRCUIT D'ALIMENTATION DANS LEQUEL LE COURANT DU PRIMAIRE D'UN TRANSFORMATEUR EST COMMUTE ET COUPE AFIN DE MAINTENIR LE NIVEAU DE SORTIE A UNE VALEUR VOULUE. LORSQUE LE COURANT D'ALIMENTATION EST COUPE, UN COURANT SUPPLEMENTAIRE EST ENVOYE AU TRANSFORMATEUR 11 AFIN DE MAINTENIR LE NOYAU 14 A UN NIVEAU D'AIMANTATION TEL QUE LA TOTALITE DE LA COURSE D'HYSTERESIS DU TRANSFORMATEUR SOIT UTILISEE AU COURS DE L'ALTERNANCE SUIVANTE. APPLICATION AUX CIRCUITS D'ALIMENTATION AVEC TRANSFORMATION DE COURANT ALTERNATIF EN TENSION CONTINUE.POWER SUPPLY CIRCUIT IN WHICH THE PRIMARY CURRENT OF A TRANSFORMER IS SWITCHED AND TURNED OFF IN ORDER TO KEEP THE OUTPUT LEVEL AT A DESIRED VALUE. WHEN THE SUPPLY CURRENT IS TURNED OFF, AN ADDITIONAL CURRENT IS SENT TO TRANSFORMER 11 IN ORDER TO KEEP CORE 14 AT A MAGNET LEVEL SUCH AS THE ENTIRE HYSTERESIS STROKE OF THE TRANSFORMER IS USED DURING THE FOLLOWING ALTERNATION . APPLICATION TO POWER SUPPLY CIRCUITS WITH TRANSFORMATION OF ALTERNATIVE CURRENT INTO CONTINUOUS VOLTAGE.
Description
L'invention se rapporte de manière générale aux alimentations en énergieThe invention relates generally to power supplies
électrique et plus particulièrement à une alimentation en énergie du type dans laquelle le courant du primaire d'un transformateur est mis en circuit et coupé afin de réguler la tension de sortie. De nombreux circuits et systèmes électroniques and more particularly to a power supply of the type in which the primary current of a transformer is turned on and off in order to regulate the output voltage. Many circuits and electronic systems
exigent une alimentation en tensions continues qui sont rela- require a supply of continuous voltages which are
tivement stables même lorsque la tension de la source et/ou la charge imposée au système sont susceptibles de varier. La stable even when the source voltage and / or the load imposed on the system are likely to vary. The
source d'énergie est souvent une source de tension alter- source of energy is often a source of alternating
native, soit monophasée, soit triphasée. Une alimentation simple en courant continu destinée à être utilisée avec une native, either single-phase or three-phase. A simple DC power supply for use with a
tension alternative monophasée comprend une diode redres- single-phase AC voltage includes a redundant diode
seuse qui est combinée avec un filtre capacitif. Le redres- which is combined with a capacitive filter. The redevelopment
seur peut être à simple alternance ou à double alternance ou peut être en pont et il est en général connecté à la source de may be alternating or double alternating or may be in bridge and is usually connected to the source of
courant continu par l'intermédiaire d'un transformateur. direct current through a transformer.
Malheureusement, cette alimentation simple en courant continu est sensible aux variations d'une part de la tension de la source de courant alternatif et d'autre part de la Unfortunately, this simple DC power supply is sensitive to variations on the one hand of the voltage of the alternating current source and on the other hand of the
charge qui lui est connectée.load connected to it.
Des régulateurs de tension sont souvent utilisés pour réduire l'effet des variations de la tension alternative d'entrée sur la tension continue de sortie. Un "régulateur de commutation", par exemple, détecte la tension de sortie et Voltage regulators are often used to reduce the effect of variations of the input AC voltage on the DC output voltage. A "switching regulator", for example, detects the output voltage and
met en circuit et coupe le courant d'entrée avec un coeffi- switches on and off the input current with a coeffi-
cient d'utilisation qui maintient la tension de sortie au cient of use that maintains the output voltage at
niveau voulu. Alors que ces régulateurs apportent une amélio- desired level. While these regulators are bringing about an improvement
ration certaine à la stabilité de la tension de sortie, ils ont pour effet que le transformateur de la source d'énergie fonctionne avec un mauvais rendement, car une faible partie seulement de la courbe d'hystérésis du transformateur est the effect of the transformer of the energy source with poor efficiency, since only a small part of the hysteresis curve of the transformer is
utilisée au cours de chaque alternance du courant d'entrée. used during each alternation of the input current.
Il faut donc un transformateur ayant un plus grand noyau que So you need a transformer with a larger core than
celui qui, sinon, serait nécessaire. the one that would otherwise be needed.
L'invention a pour objet une source d'alimenta- The subject of the invention is a source of food
tion nouvelle et perfectionnée et un procédé utilisant une plus grande partie de la courbe d'hystérésis de manière que a new and improved method and a process using a larger part of the hysteresis curve so that
le transformateur puisse fonctionner avec davantage d'effi- the transformer can operate more efficiently
cacité. Suivant l'invention, un courant supplémentaire de ciency. According to the invention, an additional current of
magnétisation est appliqué au transformateur afin de mainte- magnetization is applied to the transformer in order to maintain
nir le noyau à un niveau prédéterminé d'aimantation lorsque le courant du primaire est coupé. Ce transformateur peut donc être plus petit que ceux des sources d'alimentation de-l'art antérieur. Donc, selon une particularité essentielle de l'invention, le transformateur comprend un noyau en matériau Nit the core to a predetermined level of magnetization when the primary current is cut. This transformer can therefore be smaller than those of the power sources of the prior art. Therefore, according to an essential feature of the invention, the transformer comprises a core of material
aimantable et un régulateur fait varier le coefficient d'uti- magnetizable and a regulator varies the coefficient of use
lisation du courant d'alimentation appliqué au transforma- the feeding current applied to the processing
teur en branchant et coupant le courant périodiquement de manière que ce courant n'arrive dans le transformateur que pendant une partie limitée de chaque alternance. Un courant supplémentaire est appliqué au transformateur afin de by connecting and cutting the current periodically so that this current does not arrive in the transformer for a limited part of each alternation. An additional current is applied to the transformer in order to
maintenir le noyau à un état prédéterminé d'aimantation pen- maintain the kernel at a predetermined state of magnetization
dant l'intervalle compris entre les applications successives du courant d'alimentation afin que la courbe d'hystérésis the interval between successive applications of the feed stream so that the hysteresis curve
soit utilisée sur une plus grande partie. be used on a larger part.
L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un mode The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings by way of non-limiting example and in which - Figure 1 is a block diagram of a mode
de réalisation d'une source d'alimentation conforme à l'in- of a power supply according to the invention.
-vention; - la figure 2 est un graphique représentant deux alternances de la tension d'entrée et illustrant le mode de -vention; FIG. 2 is a graph representing two alternations of the input voltage and illustrating the mode of
fonctionnement du régulateur de tension de la forme de réali- operation of the voltage regulator of the form of
sation de la figure 1; et - la figure 3 est un graphique représentant la tion of Figure 1; and - Figure 3 is a graph showing the
courbe d'hystérésis du transformateur de l'exemple de réali- transformer hysteresis curve of the exemplary embodiment
sation de la figure 1.of Figure 1.
La figure 1 représente une source d'alimentation comprenant un transformateur 11 comportant un enroulement du primaire 12, un enroulement 13 du secondaire et un noyau 14 FIG. 1 represents a power source comprising a transformer 11 comprising a winding of the primary 12, a winding 13 of the secondary and a core 14
de matériau aimantable, par exemple de fer. of magnetizable material, for example iron.
Une source de courant alternatif applique le courant d'alimentation au transformateur par l'intermédiaire d'une bobine d'induction 16 et d'un triac 17 montés en série sur le primaire. La bobine d'induction est destinée à limiter l'amplitude instantanée du courant dans le circuit du primaire et le triac constitue un commutateur qui branche et coupe le courant du primaire de manière à effectuer la régu- lation de la tension de sortie d'une manière qui sera An AC source applies power to the transformer via an induction coil 16 and a triac 17 connected in series on the primary. The induction coil is intended to limit the instantaneous amplitude of the current in the primary circuit and the triac is a switch which switches on and off the primary current so as to regulate the output voltage of a current. way that will be
expliquée plus en détail par la suite. explained in more detail later.
Le secondaire du transformateur comprend une prise centrale 19 qui est connectée à la masse et des diodes 21 et 22 sont connectées entre les bornes du secondaire et une borne de sortie 23 de manière à former un redresseur à double alternance. Il doit être bien évident toutefois qu'il est possible d'utiliser tout autre redresseur convenable, par exemple un redresseur à simple alternance ou un redresseur en pont. Un condensateur de filtrage 24 est connecté entre la The secondary of the transformer comprises a central plug 19 which is connected to ground and diodes 21 and 22 are connected between the terminals of the secondary and an output terminal 23 so as to form a full-wave rectifier. It must be obvious, however, that it is possible to use any other suitable rectifier, for example a half-wave rectifier or a bridge rectifier. A filter capacitor 24 is connected between the
borne de sortie et la masse.output terminal and ground.
Un régulateur de tension 26 détecte la tension à laquelle se trouve la borne de sortie et envoie un signal de commande à l'électrode de commande du triac 17 afin de maintenir au niveau voulu la tension appliquée à la borne de sortie. Le régulateur 26 et le triac 17 forment ce qu'il est parfois convenu d'appeler un "régulateur de commutation" et le mode de fonctionnement de ce circuit sera bien compris d'après la figure 2. Le régulateur rend le triac passant pendant les second et quatrième quadrants de chaque cycle du courant d'alimentation, de la manière représentée par les A voltage regulator 26 detects the voltage at which the output terminal is located and sends a control signal to the triac control electrode 17 to maintain the voltage applied to the output terminal at the desired level. The regulator 26 and the triac 17 form what is sometimes called a "switching regulator" and the operating mode of this circuit will be well understood from Figure 2. The regulator makes the triac passing during the second and fourth quadrants of each cycle of the feed stream, as represented by the
surfaces hachurées 28 et 29 de la figure 2. Lorsque le régu- shaded areas 28 and 29 of Figure 2. Where the
lateur décèle que la tension de sortie est trop basse, le triac est rendu passant plus tôt au cours du cycle et lorsque la tension de sortie est trop élevée, le triac est rendu passant plus tard. Ainsi, le régulateur et le triac règlent le coefficient d'utilisation du courant du primaire de The emitter detects that the output voltage is too low, the triac is turned on earlier in the cycle, and when the output voltage is too high, the triac is turned on later. Thus, the regulator and the triac regulate the utilization coefficient of the primary current of
manière à maintenir la tension de sortie au niveau voulu. to maintain the output voltage at the desired level.
Un circuit applique un courant supplémentaire au transformateur pendant les intervalles de temps au cours desquels le courant du primaire est coupé afin de maintenir le noyau à un état d'aimantation tel que le transformateur A circuit applies additional current to the transformer during the time intervals during which the primary current is cut in order to keep the core in a magnetization state such as the transformer
fonctionne sur une plus grande partie de sa course d'hys- works on a larger part of his hys-
térésis qu'il ne le ferait en l'absence de ce circuit. Ce circuit comprend un condensateur 31 et une résistance 32 montés en série sur une partie du bobinage du secondaire du transformateur. Lorsque le courant du primaire est en circuit, le-condensateur se charge par le courant du secon- teresis he would not do in the absence of this circuit. This circuit comprises a capacitor 31 and a resistor 32 connected in series on a part of the secondary winding of the transformer. When the primary current is in circuit, the capacitor is charged by the secondary current.
daire et lorsque le courant du primaire est coupé, le conden- when the primary current is interrupted, the conden-
sateur restitue le courant au bobinage. La résistance montée en série avec le condensateur empêche ce dernier de se décharger trop rapidement et garantit que le courant délivré dans ce condensateur demeure pendant l'intervalle de temps au cours duquel le courant du primaire est coupé. Dans un exemple d'alimentation dans lequel la tension du secondaire est de 350 volts, le condensateur 31 peut avoir une valeur de 4 microfarads et la résistance 32 peut avoir une valeur de sateur returns the current to the winding. The resistor connected in series with the capacitor prevents it from discharging too quickly and ensures that the current delivered in this capacitor remains during the time interval during which the current of the primary is cut. In an example of a power supply in which the secondary voltage is 350 volts, the capacitor 31 may have a value of 4 microfarads and the resistor 32 may have a value of
350 ohms. Dans le mode de réalisation représenté, le conden- 350 ohms. In the embodiment shown, the condensation
sateur comprend au secondaire une unique spire et le conden- The teacher understands at the secondary level a single spire and
sateur de magnétisation est connecté à des bornes de la moitié de cette spire. L'invention est utilisable bien entendu pour des transformateurs pouvant avoir tout nombre de spires et le condensateur peut être connecté aux bornes de la The magnetizer is connected to terminals of half of this turn. The invention can be used, of course, for transformers that can have any number of turns and the capacitor can be connected to the terminals of the
totalité ou d'ne partie de n'importe lesquelles des spires. all or part of any of the turns.
Il est toutefois préférable de connecter le condensateur à un bobinage sous relativement faible tension afin de réduire les dimensions du condensateur nécessaire. Ainsi, par exemple, lorsque le primaire du transformateur est sous 220 volts et que le secondaire est sous 3500 volts et que deux spires du It is however preferable to connect the capacitor to a relatively low voltage winding in order to reduce the dimensions of the necessary capacitor. Thus, for example, when the primary of the transformer is under 220 volts and the secondary is under 3500 volts and two turns of the
secondaire sont sous 350 volts, le condensateur est avanta- are at 350 volts, the capacitor is
geusement connecté à l'une des spires sous 350 volts. neatly connected to one of the turns under 350 volts.
Le mode de fonctionnement et de mise en oeuvre de la source d'alimentation et le procédé correspondant de l'invention vont être décrits en regard de la figure 3. Cette figure montre la relation entre la force de magnétisation H qui est fonction du courant du primaire et l'aimantation ou la densité du flux B du noyau. Le courant induit dans le The mode of operation and implementation of the power source and the corresponding method of the invention will be described with reference to FIG. 3. This figure shows the relationship between the magnetization force H which is a function of the current of the primary and the magnetization or density of the B-stream of the nucleus. The current induced in the
secondaire est bien entendu fonction de la densité du flux. secondary is of course a function of the density of the flow.
En l'absence du condensateur 31 et de la résistance 32, chaque cycle débuterait au voisinage du centre de la courbe d'hystérésis, soit au point a, soit au point b, selon la polarité du courant d'alimentation au cours de l'alternance précédente. Pour une alternance positive, par exemple, le niveau d'aimantation débuterait au point a et monterait au point c au moment auquel le triac est rendu passant. Lorsque le courant sinusoïdal d'alimentation atteint la valeur nulle et que le triac cesse d'être passant à la fin de l'alternance positive, l'aimantation du noyau devrait tomber au niveau du In the absence of the capacitor 31 and the resistor 32, each cycle would begin in the vicinity of the center of the hysteresis curve, either at the point a, or at the point b, according to the polarity of the supply current during the previous alternation. For a positive alternation, for example, the magnetization level would begin at point a and rise to point c at the moment the triac is turned on. When the sinusoidal supply current reaches the zero value and the triac ceases to pass at the end of the positive half cycle, the magnetization of the core should fall to the level of
point b. Pendant l'alternance suivante, le niveau d'aimanta- point b. During the next alternation, the magnet level
tion devrait arriver au point b lorque le triac est rendu passant et retournerait au point a lorsque le triac cesserait should arrive at point b when the triac is passed and returned to point a when the triac ceases
d'être amorcé. Avec ce mode de fonctionnement, le transforma- to be initiated. With this mode of operation, the transformation
teur n'utilise qu'une partie de la courbe d'hystérésis et la only one part of the hysteresis curve and the
réponse du transformateur est limitée en conséquence. Transformer response is limited accordingly.
Le condensateur 31 et la résistance 32 étant connectés sur le secondaire, le condensateur 31 se charge pendant la partie active de chaque alternance, c'est-à-dire lorsque le triac est rendu passant. Lorsque le triac cesse The capacitor 31 and the resistor 32 being connected to the secondary, the capacitor 31 charges during the active part of each alternation, that is to say when the triac is turned on. When the triac stops
d'être passant, le condensateur délivre du courant au secon- to be passing, the capacitor delivers current to the second
daire et en conséquence maintient le noyau à un niveau d'ai- to maintain the core at a level of
mantation qui est supérieur à celui qui est possible sans courant supplémentaire. Au cours d'une alternance positive, le niveau d'aimantation du noyau débute au point a', puis parvient au point c et retombe au point b'. Au cours d'une alternance négative, le niveau d'aimantation débute au point b', puis parvient au point d et retombe au point a'. Les points a' et b' sont placés plus à distance de l'origine ou du centre de la courbe d'hystérésis que ne le sont les points a et b et le transformateur fonctionne sur une partie plus grande de la courbe à chaque demi-alternance. L'accroissement de l'oscillation ou de l'utilisation de l'hystérésis permet mantation that is superior to that which is possible without additional current. During a positive alternation, the magnetization level of the nucleus starts at point a ', then reaches point c and falls back to point b'. During a negative alternation, the magnetization level begins at point b ', then reaches point d and falls back to point a'. The points a 'and b' are placed further away from the origin or center of the hysteresis curve than points a and b and the transformer operates over a larger part of the curve at each half-cycle. alternately. Increasing the oscillation or the use of the hysteresis allows
d'obtenir une réponse souhaitée avec un noyau plus petit. to get a desired answer with a smaller kernel.
Pour une alimentation donnée en énergie dans laquelle le principe de l'invention est mis en oeuvre, le transformateur ne doit contenir par exemple environ que les deux-tiers du For a given power supply in which the principle of the invention is implemented, the transformer must contain for example only about two-thirds of the
fer qui serait nécessaire sans le condensateur. iron that would be needed without the capacitor.
La description qui précède montre que l'inven- The foregoing description shows that the invention
tion apporte un perfectionnement au dispositif et au procédé d'alimentation en énergie. Il est par ailleurs bien entendu que l'invention n'a été décrite qu'à titre d'exemple et que diverses modifications peuvent être apportées au circuit The invention provides an improvement to the device and the method of power supply. It is also understood that the invention has only been described by way of example and that various modifications can be made to the circuit
décrit et représenté sans sortir de son domaine. described and represented without leaving his domain.
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