FR2467505A1 - CONVERTER CIRCUIT USING VARIABLE WIDTH PULSE MODULATION - Google Patents
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Abstract
Circuit et procédé de conversion et de régulation de tension utilisant la modulation par impulsions de largeur variable pour faire varier l'excitation périodique d'un circuit accordé 21 utilisé pour commander un transformateur et un redresseur y associé. Une source de courant continu 34 excite périodiquement le circuit accordé 21 à une cadence fixe mais pendant des périodes de temps modifiables pendant chaque cycle, afin de produire dans le circuit accordé un courant alternatif de fréquence fixe en vue de ses transformations et redressements ultérieurs en courant continu d'un niveau déterminé et régulé. Le modulateur PWM est branché en boucle à réaction entre les bornes de sortie 44, 46 et des interrupteurs 26, 28 qui servent à assurer l'excitation périodique. En modifiant la durée du temps d'actionnement des interrupteurs selon les changements de niveau de la tension de sortie on obtient la commande régulatrice désirée. Application à tous systèmes nécessitant une tension contrôlée. (CF DESSIN DANS BOPI)A voltage conversion and regulation circuit and method using variable width pulse modulation to vary the periodic excitation of a tuned circuit 21 used to control a transformer and an associated rectifier. A direct current source 34 periodically energizes the tuned circuit 21 at a fixed rate but for changeable periods of time during each cycle, in order to produce in the tuned circuit an alternating current of fixed frequency for its subsequent transformations and rectifications into current. continuous at a determined and regulated level. The PWM modulator is connected in a feedback loop between output terminals 44, 46 and switches 26, 28 which serve to ensure the periodic excitation. By modifying the duration of the actuation time of the switches according to the changes in the level of the output voltage, the desired regulating control is obtained. Application to all systems requiring controlled tension. (CF DRAWING IN BOPI)
Description
La présente invention a pour objet un circuit et un procédé pourThe present invention relates to a circuit and a method for
assurer la conversion et la régulation d'une tension continue par l'exci- ensure the conversion and regulation of a DC voltage by the exci-
tation sélective et périodique d'un circuit résonant accordé. selective and periodic tapping of a tuned resonant circuit.
Parmi des exemples pertinents de tels circuits on peut citer ceux décrits dans le brevet américain no 3 953 779 délivré à Schwarz, un article intitulé "A 95-Percent Efficient 1kW DC Converter with an Internal Frequency of 50kHz" par F.C. Schwarz et J. B. Klaassens du Relevant examples of such circuits include those described in US Pat. No. 3,953,779 issued to Schwarz, an article entitled "A 95-Percent Efficient 1kW DC Converter with an Internal Frequency of 50kHz" by F. C. Schwarz and J. B. Klaassens of
Power Electronics Laboratory du Département d'Electrotechnique de l'U- Power Electronics Laboratory of the Electrotechnical Department of the U
niversité d'Etat de Technologie à Delft (Hollande), et le brevet amé- State University of Technology in Delft (Holland), and the American patent
ricain no 3 596 165 délivré à Andrews et cédé au cessionnaire de la présente invention. De tels circuits fonctionnement fondamentalement par l'excitation périodique d'un circuit résonant à partir d'une source No. 3,596,165 issued to Andrews and assigned to the assignee of the present invention. Such circuits operate fundamentally by periodic excitation of a resonant circuit from a source
de courant continu, afin de produire du courant alternatif dans le cir- of direct current, in order to produce alternating current in the
cuit accordé, puis en transformant le courant alternatif à un niveau cooks tuned and then turning the alternating current to a level
produisant, après redressement, un potentiel désiré en courant continu. producing, after rectification, a desired DC potential.
On peut également obtenir une régulation limitée en modifiant le taux It is also possible to obtain a limited regulation by modifying the rate
d'excitation conformément aux changements qui interviennent dans l'a- of excitation in accordance with the changes in
limentation d'entrée ou à la demande à la sortie. inlet or on-demand supply at the exit.
Dans les circuits décrits tant par Schwarz que par Andrews, les In the circuits described by both Schwarz and Andrews, the
éléments accordés sont excités à une cadence décalée d'une certaine dis- tuned elements are excited at an offset rate of some
tance variable par rapport à la valeur de résonance afin d'obtenir aussi bien la conversion que la régulation, Un inconvénient que présentent de tels circuits est que leur capacité de régulation est limitée à une gamme de charges d'environ 2 à 1, soit, entre environ la moitié et The disadvantage of such circuits is that their regulating capacity is limited to a range of charges of about 2 to 1, ie between about half and
environ la totalité de la charge.about the entire load.
La présente invention a pour objet de prévoir un circuit con- The object of the present invention is to provide a con-
vertisseur et son procédé en vue d'assurer la conversion et la régula- initiator and its process for ensuring the conversion and
tion d'une tension continue sur une gamme étendue de variations soit tion of a DC voltage over a wide range of
de l'alimentation à l'entrée, soit de la demande à la sortie. Plus par- from the power supply to the input, from the demand to the output. More by-
ticulièrement, le circuit suivant la présente invention comprend un circuit convertisseur semblable, sous de nombreux aspects, à celui décrit dans la référence Andrews citée plus haut, sauf que le fonctionnement du circuit est contr8lé par modulation d'impulsions de largeur variable In particular, the circuit according to the present invention comprises a converter circuit similar in many respects to that described in the Andrews reference cited above, except that the operation of the circuit is controlled by variable width pulse modulation.
au lieu de la modulation de fréquence. instead of frequency modulation.
Le circuit suivant la présente invention comprend un circuit The circuit according to the present invention comprises a circuit
résonant accordé, des dispositifs interrupteurs pour exciter périodi- tuned resonant, switch devices to periodically excite
quement le circuit à partir d'une source de courant alternatif ayant une fréquence constante sensiblement égale à la fréquence de résonance du circuit, des moyens de sortie pour produire une sortie en réponse au courant alternatif, et un modulateur qui agit par variation de la largeur d'impulsions afin de modifier la durée de chaque excitation périodique en the circuit from an AC source having a constant frequency substantially equal to the resonant frequency of the circuit, output means for producing an output in response to the alternating current, and a modulator which operates by varying the width. pulses in order to modify the duration of each periodic excitation in
fonction du niveau de la sortie. Le circuit accordé comprend un induc- function of the level of the output. The circuit granted includes an inductive
teur et un condensateur reliés en série avec l'enroulement primaire d'un transformateur de sortie dont l'enroulement secondaire est relié à son tour à un circuit redresseur classique à diode-condensateur, afin de and a capacitor connected in series with the primary winding of an output transformer whose secondary winding is in turn connected to a conventional diode-capacitor rectifying circuit, in order to
produire une sortie finale en courant continu. Au cours du fonctionne- produce a final DC output. During the course
ment, à mesure que le niveau d'alimentation d'entrée ou de la demande à la sortie change, de façon à affecter le niveau de sortie du circuit, le modulateur par impulsions de largeur variable assure l'incrément ou le décrément de la durée de l'excitation périodique du circuit accordé, As the input power level or the output demand level changes, so as to affect the output level of the circuit, the variable width pulse modulator provides the increment or decrement of the duration. periodic excitation of the tuned circuit,
d'une façon qui tend à maintenir la sortie à un niveau régulé et cons- in a way that tends to maintain the output at a regulated and
tant. Comme on l'a indiqué plus haut, à l'exception de l'utilisation de la modulation par impulsions de largeur variable pour commander As. As mentioned above, with the exception of the use of variable width pulse modulation for controlling
l'excitation du circuit, le circuit de la présente invention est sem- excitation of the circuit, the circuit of the present invention is
blable sous de nombreux aspects à celui décrit dans la référence Andrews in many respects to the one described in Andrews
citée plus haut.mentioned above.
Les principaux avantages du circuit et du procédé de la pré- The main advantages of the circuit and the process of the pre-
sente invention sont leur simplicité tant de compréhension que d'entre- invention are their simplicity, both of understanding and of
tien, et leur capacité d'entretenir une régulation efficace de la ten- their ability to maintain effective regulation of the
sion sur une gamme relativement étendue de variations des niveaux d'en- on a relatively wide range of variations in
trée et de sortie, et plus particulièrement, sur une gamme plus étendue out, and more particularly, over a wider range
que celle que l'on peut traiter avec le circuit Andrews. than the one that can be dealt with the Andrews circuit.
Par conséquent, le principal but de la présente invention con- Therefore, the main object of the present invention
siste à prévoir un circuit et un procédé pour assurer la conversion et la régulation d'une tension continue sur une gamme étendue de variations to provide a circuit and a method for converting and regulating a DC voltage over a wide range of variations
de l'alimentation d'entrée et de demande de sortie. of the input power supply and output demand.
Une des caractéristiques de la présente invention réside dans One of the features of the present invention lies in
le fait que les conversion et régulation de la tension efficace s'o- the fact that the conversion and regulation of the effective voltage
pèrent grâce à un circuit résonant accordé dont les éléments résonants proprement dits sont excités périodiquement à partir d'une source de courant continu à une cadence constante, de valeur déterminée, mais pendant des périodes dont la durée varie en fonction de l'alimentation by a tuned resonant circuit whose resonant elements proper are periodically excited from a DC source at a constant rate of determined value, but for periods of varying duration depending on the power supply.
d'entrée et de la demande à la sortie. entrance and demand at the exit.
Les buts et caractéristiques exposés ci-dessus, ainsi que les avantages qui caractérisent la présente invention, seront mieux compris The aims and features set forth above, as well as the advantages that characterize the present invention, will be better understood
si l'on se reporte à la description détaillée ci-après faite en se if we refer to the detailed description below made in
référant aux figures du dessin annexé, sur lequel La FIGURE 1 est une représentation schématique simplifiée d'un Referring to the figures of the accompanying drawing, in which FIGURE 1 is a simplified schematic representation of a
mode de réalisation, donné à simple titre d'exemple, du circuit con- an embodiment, given by way of example only, of the circuit
vertisseur et régulateur réalisé suivant la présente invention; Les FIGURES 2 et 3 montrent chacune une série de formes d'ondes pour illustrer comment fonctionne le circuit de la Figure 1, et La FIGURE 4 est une représentation schématique simplifiée d'une variante de réalisation du circuit convertisseur et régulateur de la energizer and regulator made according to the present invention; FIGS. 2 and 3 each show a series of waveforms to illustrate how the circuit of FIG. 1 operates, and FIG. 4 is a simplified schematic representation of an alternative embodiment of the converter and regulator circuit of FIG.
présente invention.present invention.
Si l'on se réfère tout d'abord à la Figure 1, on y voit, repré- If we first refer to Figure 1, we see
senté schématiquement, un mode de réalisation, donné à seul titre d'exém- schematically, an embodiment, given for the sole purpose of
ple non-limitatif, du circuit convertisseur et régulateur suivant la non-limiting, of the converter and regulator circuit following the
présente invention, lequel comprend: un inducteur 22 et un condensa- invention, which comprises: an inductor 22 and a condenser
teur 24 qui forment conjointement un circuit résonant accordé 21 relié en série à l'enroulement primaire 25 d'un transformateur de sortie 20 24 which together form a tuned resonant circuit 21 connected in series with the primary winding 25 of an output transformer 20
dont le secondaire 41 est couplé à deux bornes de sortie 44, 46 en pas- whose secondary 41 is coupled to two output terminals 44, 46 in step
sant par un dispositif redresseur classique à diode et condensateur 36 et 40; des interrupteurs 26 et 28 et deux diodes respectives 30 et 32 reliées en parallèle pour exciter sélectivement le circuit accordé 21 et l'enroulement primaire 25 du transformateur 20 à partir d'une source 34 de courant continu; et un modulateur 42 opérant par impulsions de largeur variable, branché entre les bornes de sortie 44, 46 et les interrupteurs 26, 28 pour contr8ler le fonctionnement de ces derniers, by a conventional rectifier device with diode and capacitor 36 and 40; switches 26 and 28 and two respective diodes 30 and 32 connected in parallel to selectively energize the tuned circuit 21 and the primary winding 25 of the transformer 20 from a DC source 34; and a variable width pulse modulator 42 connected between the output terminals 44, 46 and the switches 26, 28 to control the operation of the latter,
d'une façon qui sera décrite plus en détail par la suite. Les deux in- in a way that will be described in more detail later. Both
terrupteurs 26, 28 peuvent être de tout type approprié, à condition interrupters 26, 28 may be of any suitable type, provided
qu'ils permettent d'une part d'atteindre des cadences rapides de commu- on the one hand to achieve rapid rates of
tation dans la zone des 25 kWz et d'autre part d'utiliser une commande électronique. Un exemple-type de tels interrupteurs est constitué par la combinaison de transistors décrite dans la référence Andrews citée plus haut. D'une façon analogue, le modulateur 42 par impulsions de largeur variable peut être de tout type approprié, capable de contr8ler l'état de sous-tension et hors-tension des deux interrupteurs 26, 28 in the 25 kWz zone and secondly to use an electronic control. A typical example of such switches is the combination of transistors described in the Andrews reference cited above. Similarly, the variable width pulse modulator 42 may be of any suitable type capable of controlling the undervoltage and de-energizing state of the two switches 26, 28.
en fonction d'un niveau de tension existant aux deux bornes 44 et 46. according to a voltage level existing at the two terminals 44 and 46.
Un exemple-type d'un tel dispositif est celui commercialisé sous la référence 3524 par des fabricants tels que Silicon General et Texas Instruments. En service, le modulateur par impulsions de largeur variable 42 actionne à tour de r8le les deux interrupteurs 26, 28 de façon à A typical example of such a device is that marketed under the reference 3524 by manufacturers such as Silicon General and Texas Instruments. In use, the variable width pulse modulator 42 actuates in turn the two switches 26, 28 so as to
engendrer dans le circuit accordé 21 et l'enroulement 25 du transforma- generated in the tuned circuit 21 and the winding 25 of the transforma-
teur un courant alternatif dont la grandeur et la durée périodique sont alternating current, the size and duration of which are
suffisantes pour produire aux bornes de sortie 44, 46, après tranfor- sufficient to produce at output terminals 44, 46, after tranforma-
mation par le transformateur 20 et le redressement qui suit, un potentiel de courant continu de valeur déterminée et régulée. On comprendra mieux le détail du circuit de la Figure 1 si l'on examine les formes d'ondes des Figures 2 et 3 o la courbe désignée par le sigle CLK définit un signal d'horloge (dont deux impulsions adjacentes représentent un cycle unique) pour se rapporter au fonctionnement temporisé du modulateur 42 par impulsions de largeur variable, tandis que la courbe désignée par le mot DRIVE indique l'état de mise sous tension ou hors-tension des transformer and the subsequent rectification, a DC potential of determined and controlled value. The detail of the circuit of FIG. 1 will be better understood if we examine the waveforms of FIGS. 2 and 3 where the curve designated by the acronym CLK defines a clock signal (of which two adjacent pulses represent a single cycle). to refer to the timed operation of modulator 42 by variable width pulses, while the curve designated by the word DRIVE indicates the state of power on or off of
deux interrupteurs 26 et 28, la courbe e1 représentant la tension ap- two switches 26 and 28, the curve e1 representing the voltage applied to
pliquée à travers le circuit formé par le circuit accordé 21 et l'en- plicated through the circuit formed by the tuned circuit 21 and the
roulement 25 du transformateur pendant le fonctionnement des interrup- transformer bearing 25 during operation of the interrupters.
teurs; enfin, les courbes désignées par les symboles e i et i. re- tors; finally, the curves designated by the symbols e i and i. re-
présentent respectivement la tension et l'intensité obtenues dans le seul enroulement primaire. Les quatre courbes de la Figure 2 qui sont désignées par les symboles i à i sont des segments composants pri<I1) pri(4) present respectively the voltage and the intensity obtained in the single primary winding. The four curves of Figure 2 which are designated by the symbols i to i are component segments pri <I1) pri (4)
de la courbe i.ri qui ont été séparés ou détachés aux fins d'illustration. of the i.ri curve that have been separated or detached for purposes of illustration.
Chacune des courbes respectivement de tension et d'intensité se raccor- Each of the voltage and intensity curves, respectively,
dent entre elles par une série de traits interrompus et les repères de synchronisation t, à til indiquent l'apparition de phénomènes importants between them by a series of broken lines and the synchronization marks t, to indicate the appearance of important phenomena
au cours de leur génération. Une flèche désignée en T indique la rela- during their generation. An arrow marked T indicates the relationship
tion qui existe entre un demi-cycle de la courbe CLK et la périodicité des courbes restantes de ces Figures. Pour simplifier, on supposera que l'inducteur 22 et le condensateur 24 formant le circuit accordé 21 sont purement réactifs et l'on considérera l'enroulement primaire 25 comme between a half-cycle of the CLK curve and the periodicity of the remaining curves of these Figures. For simplicity, it will be assumed that the inductor 22 and the capacitor 24 forming the tuned circuit 21 are purely reactive and the primary winding 25 will be considered as
étant essentiellement une résistance en parallèle avec capacité cou- being essentially parallel resistance with capacitance
plée à une diode. On peut souligner le fait que dans la courbe DRIVE plotted to a diode. It can be emphasized that in the DRIVE curve
des Figures 2 et 3 la ligne pleine désignée par le symbole S26 repré- 2 and 3, the solid line designated by the symbol S26 represents
sente l'état de l'interrupteur 26 et que la ligne en traits interrompus S28 représente l'état de l'interrupteur 28, avec un niveau élevé, dans chaque cas, pour indiquer un état de fermeture ou sous tension et un niveau bas indiquant un état d'ouverture ou hors-tension. On peut aussi the state of the switch 26 and that the dashed line S28 represents the state of the switch 28, with a high level, in each case, to indicate a state of closure or under voltage and a low level indicating an open or unpowered state. Can also
remarquer que les interrupteurs 26 et 28, bien qu'étant ouverts poten- note that switches 26 and 28, although potentially open,
tiellement en m9me temps, ne peuvent en aucun cas se fermer en même at the same time, can not under any circumstances close at the same time
temps, car il est évident que cela mettrait effectivement en cours- time, because it is obvious that this would actually
circuit la source d'entrée 34.circuit the input source 34.
Pour prendre un point de départ, on peut supposer par exemple To take a starting point, we can assume for example
qu'à un instant déterminé, situé juste avant l'instant t1, les inter- at a specific moment, located just before time t1,
rupteurs 26 et 28 sont ouverts, comme le montre la courbe DRIVE de la switches 26 and 28 are open, as shown by the DRIVE curve of the
Figure 2, et que le courant i pri circule dans un sens positif, ce qu 'in- Figure 2, and that the current i pri flows in a positive direction, what
dique la flèche 50 de la Figure 1, à travers le circuit comprenant l'in- the arrow 50 in Figure 1, through the circuit
ducteur 22, le condensateur 24, l'enroulement primaire 25 du transfor- 22, the capacitor 24, the primary winding 25 of the transformer
mateur 21 et la diode 32 polarisée dans le sens conducteur, la source 21 and the diode 32 polarized in the conductive direction, the source
de courant i étant constituée par la libération d'une charge emma- current i being constituted by the release of an emma-
gasinée dans le condensateur 24 au cours d'un fonctionnement antérieur du circuit. A l'instant ti, le modulateur 42 opérant par impulsions de largeur variable ferme l'interrupteur 26, comme l'indique la courbe DRIVE gasined in the capacitor 24 during a previous operation of the circuit. At time t i, modulator 42 operating in pulses of variable width closes switch 26, as indicated by the curve DRIVE
de la Figure 2, ce qui a pour effet d'appliquer la tension E 1 de la sour- of Figure 2, which has the effect of applying the voltage E 1 of the source
ce de courant continu 34 aux bornes du circuit accordé 21 et de l'en- this of direct current 34 at the terminals of the tuned circuit 21 and the
roulement primaire 25, ainsi que le montre la courbe e1suivante de la Figure 2. Il en résulte un brusque accroissement du courant i r dans le sens positif, comme l'indique la courbe i.ri(1), jusqu'à atteindre une valeur maximale à l'instant t 2, après quoi ce courant primary bearing 25, as shown in the following curve e1 of Figure 2. This results in a sharp increase of the current ir in the positive direction, as indicated by the curve i.ri (1), until reaching a maximum value at the instant t 2, after which this current
diminue conformément à la réponse transitoire caractéristique d'un cir- decreases in accordance with the characteristic transient response of a
cuit LC en série a une onde à gradins. (on suppose dans ce contexte que le lecteur est familiarisé avec le problème de la réponse transitoire baked LC in series has a stepped wave. (It is assumed in this context that the reader is familiar with the problem of the transient
caractéristique d'un tel circuit LC à des fonctions en gradins tant Po- characteristic of such an LC circuit with stepped functions as
sitives que négatives). On peut souligner en passant que la diode 32 est polarisée à l'envers par l'application de la tension de la source only negative). It may be noted in passing that the diode 32 is polarized upside down by the application of the voltage of the source
E. et que le traj et suivi par le courant i.r passe maintenant à tra- E. and that the traj and followed by the i.r current is now
vers la source 34. Si on laissait fermé l'interrupteur 26, le courant i2,. oscillerait autour de zéro à la fréquence de résonance du circuit to the source 34. If the switch 26 was left closed, the current i 2 ,. would oscillate around zero at the resonance frequency of the circuit
LC tout en étant amorti de façon exponentielle comme l'indique la par- LC while being amortized exponentially as indicated by the
tie en traits interrompus de la courbe i. <r 1). in dashed lines of the curve i. <r 1).
A l'instant t 3, bien que l'interrupteur 26 soit ouvert et que la source de tension E.i soit isolée du circuit, le courant i pi, au lieu de retomber à zéro, est entretenu pendant une courte période par le champ faiblissant de l'inducteur 22, et amené à continuer de circuler a travers le circuit qui comprend une fois encore la diode 32 polarisée dans le sens conducteur, jusqu'à retomber à zéro à l'instant t 4 A ce moment, le champ de l'inducteur 22 est dissipé et le condensateur 24, chargé au potentiel maximal, supérieur à celui de la source 34, fait circuler le courant i.Pr dans le sens contraire, en passant au-delà At time t 3, although the switch 26 is open and the voltage source Ei is isolated from the circuit, the current i pi, instead of falling back to zero, is maintained for a short period by the weakening field of the inductor 22, and made to continue to flow through the circuit which once again comprises the diode 32 polarized in the conductive direction, until falling back to zero at time t 4 At this time, the field of the inductor 22 is dissipated and the capacitor 24, charged to the maximum potential, greater than that of the source 34, circulates the current i.Pr in the opposite direction, passing beyond
de la diode 32 de nouveau polarisée dans le sens inverse ou non-con- of the diode 32 again polarized in the opposite or non-con-
ducteur, et à travers la diode 30 polarisée dans le sens conducteur, pour revenir à la source 34 proprement dite. Ce phénomène est indiqué par une comparaison des courbes e1et i ri (2) de la Figure 2. (Il convient de rappeler que le circuit accordé LC à valeur élevée de Q, excité à sa fréquence de résonance, produira une tension aux bornes du condensateur conductor, and through the diode 30 polarized in the conductive direction, to return to the source 34 itself. This phenomenon is indicated by a comparison of the curves e1 and i ri (2) of Figure 2. (It should be recalled that the tuned circuit LC high value of Q, excited at its resonant frequency, will produce a voltage across the capacitor
avec une valeur de crête d'environ Q fois la tension d'excitation, au- with a peak value of approximately Q times the excitation voltage,
trement dit, si Ei = 300 Volts et Q = 10, la tension aux bornes du con- so, if Ei = 300 Volts and Q = 10, the voltage across the con-
densateur sera d'environ 3 000 Volts, à titre de première approximation. denser will be approximately 3,000 volts, as a first approximation.
A mesure que la charge du condensateur 24 se dissipe, le courant i ri augmente en grandeur jusqu'à atteindre un maximum à l'instant t5 o il commence à diminuer de nouveau et à se rapprocher de zéro. Si on laissait le circuit tel quel, le courant ipri tomberait à zéro pour ensuite circuler dans le sens positif à travers la diode 32 qui serait alors polarisée dans le sens conducteur, comme l'indique la partie en As the charge of the capacitor 24 dissipates, the current i ri increases in magnitude until it reaches a maximum at time t5 where it begins to decrease again and to approach zero. If we left the circuit as it is, ipri current would drop to zero and then flow in the positive direction through the diode 32 which would then be polarized in the conductive direction, as indicated by the part in
traits interrompus de la courbe i.(2), jusqu'à s'affaiblir pour re- interrupted lines of the curve i. (2), until weakening
pripri
tomber à zéro.to fall to zero.
A l'instant t6, l'interrupteur 28 se ferme et le courant i pri circulant en sens inverse à travers la source 34 est brusquement mis At time t6, the switch 28 closes and the current i pri flowing in the opposite direction through the source 34 is suddenly set
en dérivation à travers la résistance nulle du dispositif interrupteur. in shunt through the zero resistance of the switch device.
Cela a pour effet de produire un accroissement-soudain de la grandeur du courant ipri, comme l'indique la courbe i ri(3), toujours dans le sens inverse, jusqu'à atteindre sa cr9te à l'instant t7, après quoi ce courant revient au zéro. Comme dans le cas précédent, si on laissait l'interrupteur 28 fermé, le courant i. oscillerait autour de zéro, en réponse transitoire caractéristique à la suppression d'une onde en gradin d'un circuit série LC. Cependant, à l'instant t8, l'interrupteur 28 est ouvert de nouveau et le courant i i entretenu pendant un court This has the effect of producing a sudden increase in the magnitude of the current ipri, as indicated by the curve i ri (3), always in the opposite direction, until it reaches its peak at time t7, after which this Current returns to zero. As in the previous case, if we left the switch 28 closed, the current i. would oscillate around zero, in characteristic transient response to the suppression of a stepped wave of an LC series circuit. However, at time t8, the switch 28 is opened again and the current i i maintained during a short
instant par le champ faiblissant de l'inducteur 22 est refoulé une se- instant by the weakening field of the inductor 22 is repressed a se-
conde fois à travers la diode 30 polarisée dans le sens conducteur et vers la source 34, jusqu'à ce qu'il retombe à zéro à l'instant t9 conde times through the diode 30 polarized in the conductive direction and to the source 34, until it drops to zero at time t9
quand le condensateur 24, maintenant chargé à son potentiel négatif ma- when the capacitor 24, now charged to its negative potential
ximal par le courant inverse qui y circulait auparavant, commence à se décharger et à envoyer de nouveau du courant dans le sens conducteur, comme l'indique la courbe i i(4), à travers la diode 32. A mesure que la charge que contient le condensateur 24 se dissipe, le courant i p atteint une valeur maximale à l'instant t10, puis commence à décroître jusqu'à l'instant t o l'interrupteur 26 est refermé et le processus ximal by the reverse current that previously flowed there, begins to discharge and to send current in the conductive direction, as indicated by the curve ii (4), through the diode 32. As the load that contains the capacitor 24 dissipates, the current ip reaches a maximum value at the instant t10, then begins to decrease until the instant to the switch 26 is closed and the process
se répète.repeating itself.
Comme on l'a mentionné plus haut, les quatre segments de cou- As mentioned above, the four segments of
rant ipri (1) à i ri(4) forment en combinaison le courant i pri qui cir- rant ipri (1) to i ri (4) form in combination the current i pri which circulates
cule effectivement à travers l'enroulement 25 du transformateur 20. actually flows through the winding 25 of the transformer 20.
Bien que le courant i pri soit de nature quelque peu sinusoïdale, la tension epri produite aux bornes de l'enroulement primaire 25 du trans- Although the current i pri is of a somewhat sinusoidal nature, the voltage epri produced across the primary winding 25 of the trans-
formateur 20 suit essentiellement la courbe d'une onde carrée, en pre- trainer 20 essentially follows the curve of a square wave, in
mier lieu en raison de la charge utilisée dans le circuit o les diodes 36 et 38 assurent la charge du condensateur 40. Pour une charge de courant alternatif totalement résistive, la tension e. serait bien first place because of the load used in the circuit o the diodes 36 and 38 provide the charge of the capacitor 40. For a load of fully resistive alternating current, the voltage e. would be good
moins une onde carrée et davantage ressemblante à la sinusoïde du cou- less a square wave and more similar to the sinusoid of the neck.
rant i..rant i ..
pri La commande des deux interrupteurs 26 et 28 en vue d'obtenir le fonctionnement décrit ci-dessus s'effectue grâce à un modulateur 42 opérant par impulsions de largeur variable, branché entre les bornes de sortie 44 et 46 (désigné par le sigle PWM sur les Figures 1 et 4), The control of the two switches 26 and 28 to obtain the operation described above is carried out by means of a modulator 42 operating in pulses of variable width, connected between the output terminals 44 and 46 (designated by the acronym PWM in Figures 1 and 4),
d'une part, et les deux interrupteurs précités 26 et 28, d'autre part. on the one hand, and the two aforementioned switches 26 and 28, on the other hand.
Pendant le fonctionnement normal et au repos, le modulateur 42 opérant During normal operation and at rest, modulator 42 operating
par impulsions de largeur variable produit une série d'impulsions, tel- pulses of variable width produces a series of pulses, such as
les que celles indiquées par la courbe DRIVE de la Figure 2, et cela à un taux constant, de préférence égal à la fréquence de résonance du circuit accordé 21, et avec une largeur ou durée périodique suffisante pour que chacun des interrupteurs 26 et 28 se ferme pendant environ the ones indicated by the DRIVE curve of FIG. 2, and this at a constant rate, preferably equal to the resonance frequency of the tuned circuit 21, and with a sufficient width or period of time for each of the switches 26 and 28 to closes for about
% de chacun des cycles de fonctionnement, définis comme on l'a in- % of each operating cycle, defined as
diqué plus haut par deux cycles de la courbe CLK, et s'ouvre pendant diamed higher by two cycles of the CLK curve, and opens during
la partie restante du cycle. Chaque fois qu'il y a perturbation du ni- the remaining part of the cycle. Whenever there is disturbance of
veau de sortie de la tension en courant continu produit par le circuit, par exemple par suite d'un changement intervenant soit dans la demande à la sortie, soit dans l'alimentation à l'entrée, le modulateur 42 opérant par impulsions de largeur variable fait varier automatiquement la largeur des impulsions individuelles qui constituent le courant d'impulsions qui commande le fonctionnement des deux interrupteurs 26 output voltage of the DC voltage produced by the circuit, for example as a result of a change occurring either in the demand at the output or in the input power supply, the modulator 42 operating in pulses of variable width automatically varies the width of the individual pulses which constitute the pulse current which controls the operation of the two switches 26
et 28.and 28.
Ainsi, par exemple, si la tension de sortie aux bornes 44 et 46 diminue, par exemple par suite d'un accroissement de la demande à la sortie, le modulateur 42 à impulsions de largeur variable intervient Thus, for example, if the output voltage at the terminals 44 and 46 decreases, for example as a result of an increase in the demand at the output, the pulse-width modulator 42 intervenes
pour augmenter la largeur des impulsions dans le courant d'impulsions. to increase the pulse width in the pulse current.
Cette intervention est représentée par les courbes de la Figure 3, dont certaines sont désignées individuellement afin de les repérer par rapport This intervention is represented by the curves in Figure 3, some of which are individually designated to identify them in relation to each other.
aux courbes correspondantes de la Figure 2. Comme on le voit sur la Fi- to the corresponding curves in Figure 2. As can be seen in Figure
gure 3, la fréquence du courant d'impulsions est maintenue à une valeur égale à celle de la Figure 2, mais la largeur, ou durée dans le temps, de chaque impulsion est augmentée dans une mesure considérable. Il en résulte, comme on l'a expliqué plus haut, que le courant i i produit In FIG. 3, the frequency of the pulse current is maintained at a value equal to that of FIG. 2, but the width, or duration in time, of each pulse is increased to a considerable extent. As a result, as explained above, the current i i produces
de la m$me façon que ce qui a été indiqué antérieurement, s'élève jus- in the same way as previously indicated, amounts to
qu'à une grandeur supérieure et renferme une zone nlus grande sous sa than a larger size and encloses a larger area under its
courbe. Par conséquent, la tension de sortie mesurée aux bornes de sor- curve. Therefore, the output voltage measured at the output terminals
tie 44 et 46 est également accrue. L'accroissement de la largeur des l1 impulsions est limité par le fonctionnement en boucle de réaction du modulateur 42 dans une mesure juste suffisante pour augmenter la tension 44 and 46 is also increased. Increasing the width of the pulses is limited by the feedback loop operation of the modulator 42 to a measure just sufficient to increase the voltage.
de sortie du circuit jusqu'au niveau qui était le sien avant la per- exit from the circuit to the level that was his before the
turbation. Si, au contraire, la tension de sortie a augmenté, par exemple turbation. If, on the contrary, the output voltage has increased, for example
par suite d'un accroissement de l'alimentation d'entrée ou d'une dimi- as a result of an increase in the input supply or a decrease in
nution de la demande à la sortie, la largeur des impulsions de la courbe DRIVE sera réduite jusqu'à devenir inférieure à celle des impulsions de la Figure 2 afin de produire un courant réduit i i dans le primaire When the demand is output, the pulse width of the DRIVE curve will be reduced to less than that of the pulses in Figure 2 to produce a reduced current i i in the primary
du transformateur et une diminution correspondante de la tension ob- of the transformer and a corresponding decrease in the voltage
tenue aux bornes de sortie. Lorsque la demande (charge) descend à un niveau très bas, le fonctionnement du circuit de la Figure 1 devient en fait discontinu, les impulsions de la courbe DRIVE ayant une largeur held at the output terminals. When the demand (load) drops to a very low level, the operation of the circuit of FIG. 1 becomes in fact discontinuous, the pulses of the DRIVE curve having a width
à peine suffisante pour entretenir une charge alternative dans le con- barely sufficient to maintain an alternative charge in the con-
densateur 24.denser 24.
Dans la pratique, il suffit d'un très faible changement de la largeur des impulsions pour compenser des changements intervenant dans la tension de sortie par suite d'une variation dans la demande de sortie, In practice, a very small change in the width of the pulses is sufficient to compensate for changes in the output voltage due to variation in the output demand.
attendu que l'essentiel de ce changement est dû à une variation inter- whereas most of this change is due to international variation
venue dans l'alimentation à l'entrée. came in the food at the entrance.
On peut indiquer à titre d'exemple des valeurs qui conviennent pour différents composants du circuit de la Figure 1, qui comprend un inducteur 22 de 0,4 milliher.ry, un condensateur 24 de 0,1 microfarad, un transformateur 20 ayant une inductance d'aimantation d'environ 400 millihenry, et un condensateur 40 de 5, 000 microfarads. Les tensions de travail peuvent 9tre par exemple une tension d'entrée d'environ 300 Volts, et une tension de sortie d'environ 100 Volts, la différence étant Examples of suitable values for different components of the circuit of FIG. 1, which include an inductor 22 of 0.4 milliherry, a capacitor 24 of 0.1 microfarad, a transformer 20 having an inductor, can be indicated by way of example. magnetization of about 400 millihenry, and a capacitor 40 of 5, 000 microfarads. The operating voltages may be for example an input voltage of about 300 volts, and an output voltage of about 100 volts, the difference being
due essentiellement au rapport de spires du transformateur 20. La fré- mainly due to the turns ratio of the transformer 20. Frequency
quence préférée de fonctionnement serait d'approximativement 25 kHz pour la fréquence de résonance de son circuit accordé 21. Un tel circuit The preferred operating frequency would be approximately 25 kHz for the resonance frequency of its tuned circuit 21. Such a circuit
est capable d'assurer une sortie régulée pour des tensions d'entrée si- is able to provide a regulated output for input voltages
tuées entre environ 270 Volts et environ 500 Volts, et des demandes à la sortie comprises dans la gamme d'environ o Volt et environ la charge nominale maximale. Si l'on examine brièvement le circuit représenté Figure 3, on y voit l'équivalent en biphasé du circuit de la Figure 1. Pour faciliter l'établissement d'une corrélation, les éléments constitutifs du circuit de la Figure 4 sont désignés de façon à correspondre à ceux du circuit de la Figure 1, sauf pour ce qui concerne l'usage du signe distinctif "prime" ('). Le fonctionnement du circuit de la Figure 4 est sous de nombreux aspects semblable à celui de la Figure 1, et les spécialistes dans l'art le comprendront sans difficulté. La principale différence constatée entre les courbes de tension et d'intensité obtenues par le fonctionnement d'un tel circuit est que la courbe de tension e1 alterne killed between about 270 volts and about 500 volts, and outgoing demands in the range of about o volts and about the maximum rated load. If we briefly examine the circuit shown in Figure 3, we see the two-phase equivalent of the circuit of Figure 1. To facilitate the establishment of a correlation, the components of the circuit of Figure 4 are designated so to correspond to those of the circuit of Figure 1, except for the use of the distinctive sign "prime" ('). The operation of the circuit of Figure 4 is in many ways similar to that of Figure 1, and those skilled in the art will understand it without difficulty. The main difference observed between the voltage and intensity curves obtained by the operation of such a circuit is that the voltage curve e1 alternates
entre +E. et -Ei, au lieu d'alterner entre +E. et zéro dans le cas pré- between + E. and -Ei, instead of alternating between + E. and zero in the case
i i cedent. Par ailleurs, les courbes des Figures 2 et 3 s'appliquent au circuit de la Figure 4, sauf pour ce qui concerne des changements de grandeur dûs aux caractéristiques de courant biphasé, contrairement i i cedent. Moreover, the curves of FIGS. 2 and 3 apply to the circuit of FIG. 4, except for changes in magnitude due to two-phase current characteristics, in contrast to FIG.
à celles du courant à demi-onde, du circuit considéré. to those of the half-wave current, of the circuit considered.
Par conséquent, il est clair que l'on a décrit ci-dessus un Therefore, it is clear that we have described above a
circuit convertisseur et régulateur d'énergie qui fonctionne par modu- converter circuit and energy regulator that operates
lation par impulsions de largeur variable, afin de produire une tension pulse width, to produce a voltage
en courant continu d'une grandeur déterminée et régulée. in direct current of a determined and regulated size.
Bien entendu, certaines modifications et variantes peuvent être apportées dans la mise en oeuvre pratique de l'invention sans cependant s'écarter des principes de base de celle-ci, ainsi qu'il appara tra Of course, certain modifications and variations can be made in the practical implementation of the invention without, however, departing from the basic principles thereof, as will be apparent from the present invention.
à tout technicien averti dans ce domaine. to any technician knowledgeable in this area.
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