FR2485288A1 - Convertisseur de tension continue et onduleur realise de facon similaire - Google Patents

Abstract

CONVERTISSEUR DE TENSION CONTINUE POUR TRES FAIBLES PUISSANCES COMPRENANT ESSENTIELLEMENT UN CIRCUIT DE TRANSFORMATION EN ENERGIE ELECTRIQUE D'UNE ENERGIE D'UN AUTRE TYPE, TEL QU'UNE PHOTOPILE 1, UN CIRCUIT D'UTILISATION COMPOSE D'UNE DIODE 2 ET D'UN CONDENSATEUR 3 DEVANT ALIMENTER UNE CHARGE EN COURANT CONTINU ET, ENTRE CES DEUX CIRCUITS, UNE INDUCTANCE 4 A VARIATION ALTERNATIVE DU COURANT QUI LA TRAVERSE PAR FERMETURES ET OUVERTURES SUCCESSIVES D'UN INTERRUPTEUR 5, SOUS L'ACTION D'UN CIRCUIT DE COMMUTATION COMPOSE LUI-MEME ESSENTIELLEMENT D'UNE SOURCE AUXILIAIRE DE TENSION CONTINUE ET D'AU MOINS UN CIRCUIT D'OSCILLATION. EN LUI ADJOIGNANT PAR EXEMPLE UNE DEUXIEME INDUCTANCE 124 ET UN DEUXIEME INTERRUPTEUR 125, CE CONVERTISSEUR PEUT FONCTIONNER EN ONDULEUR. APPLICATION: ALIMENTATION CONTINUE OU ALTERNATIVE DE STATIONS AUTONOMES TELLES QUE PARCMETRES, BORNES D'APPEL, BALISES, DISPOSITIFS DE SURVEILLANCE AUTOMATIQUE.

Description

CONVERTISSEUR DE TENSION CONTINUE ET ONDULEUR REALISE DE FANON SIMILAIRE
La présente invention concerne un convertisseur-élévateur de tension continue à très faible tension d'entrée, ainsi qu'unonduleur réalisé de façon similaire. Ce convertisseur et cet onduleur peuvent trouver des applications variées notamment dans le cadre de l'utilisation de l'énergie solaire, le convertisseur pouvant par exemple être utilisé dans de petites stations autonomes telles que dispositifs de surveillance automatique, écrans d'affichage ou de publicité, bornes d'appel routières, parcmètres, etc... et l'onduleur pouvant servir à l'alimentation de petits moteurs à courant alternatif de faibles puissances.

Des convertisseurs alimentés par une seule cellule photovoltaique (ou phqtopile) ont déjà été réalisés, tels que ceux décrits dans l'article "Problèmes d'adaptation des photopiles en vue d'applications terrestres" paru dans la revue "Acta Electronica", volume 20, N02, 1977, de la page 169, colonne 2, à la page 172, colonne 1. I1 apparait cependant, d'après les essais décrits dans cet article, d'une part que le niveau d'éclairement doit être relativement élevé pour qu'il y ait- oscilla- tion, et d'autre part que le rendement de conversion n'est pas très satisfaisant en raison de la variation non proportionnelle du courant de base en fonction de l'éclairement.

D'autres types de convertisseurs à faible tension-d' entrée ont également été proposés (voir par exemple l'article de F.

Ainscow " Low voltage DC -to - DC converter " paru dans le numéro de juillet 1978 de la revue Wireless World), mais, dans chacune des réalisations concernées, cette tension d'entrée n'est en fait jamais inférieure à un ou plusieurs volts, ce qui interdit l'emploi d'une seule photopile et oblige à l'emploi d'un module photovoltaique complet, - coût de fabrica tion plus élevé. Enfin, le rapport des tensions de sortie et d'entrée est pratiquement fixe
On connait également des convertisseurs à auto-oscillation utilisant un vibreur électro-mécanique éventuellement associé à des transistors (voir dans la revue "Electronic Design", numéro de mai 1964, l'article de J.M.Loe "Reed switches reduce power converter cost", pages 80 et 81; ou encore 11 ouvrage "104 easy projects for the electronic gadgeteer" de R.M. Brown, édition Tab Books, et notamment le projet "1000 volts buzzer power supply"), mais cet emploi d'un vibreur abrège sérieusement la durée de vie du dispositif qu'il équipe, ce qui va à l'encontre des applications envisagées.

Un premier but de l'invention est donc de proposer un dispositif permettant de convertir la tension continue très basse d'une seule pile ou photopile (ou éventuellement de plusieurs photopiles, ou en fait de tout circuit assurant une conversion en énergie électrique) en une tension continue plus élevée convenant pour les applications électriques ou électroniques envisagées (et d'une puissance bien entendu compatible avec celle fournie par le circuit de conversion), et ce avec une large souplesse d'adaptation à ces applications.

L'invention concerne à cet effet un convertisseur de tension continue comprenant en entrée un circuit de transformation en énergie électrique d'une énergie d'un autre type, destiné à constituer une source principale de tension continue, en sortie un circuit d'utilisation destiné à etre refermé sur une charge et, entre ces deux circuits, un circuit magnétique à variation alternative du courant qui le traverse par fermetures et ouvertures successives d'un interrupteur sous l'action d'un circuit de commutation, caractérisé en ce que ce circuit de commutation comprend un oscillateur à fréquence autonome alimenté par une source auxiliaire de tension continue de puissance notablement inférieure à celle du circuit de transformation en énergie électrique et destiné à alimenter d'une part un circuit de stockage d'une tension de référence pour le maintien ou le retour de l'interrupteur en position de conduction et d'autre part un générateur d'impulsions de tension pour la commande des ouvertures successives de l'interrupteur, et en ce que le circuit d' utilisation, destiné à être refermé sur une charge devant être alimente en courant continu, comprend en série une diode et un premier condensateur.

Dans un des modes de réalisations proposés, la source auxiliaire de tension continue comprend un circuit RC série placé soit en parallèle sur le circuit de transformation en énergie électrique pour prélever une fraction de la puissance délivrée par celui-ci, soit en parallèle sur un circuit de stockage d'énergie électrique (tel qu'une batterie) au moins partiellement chargé pour pouvoir effectivement constituer avec le circuit RC la source auxiliaire de tension continue.

Selon le mode de réalisation proposé, l'oscillateur à fréquence autonome peut comprendre, comme composant actif, soit une ou plusieurs diodes tunnel, soit un ou plusieurs transistors bipolaires.

Dans-le premier cas de la (ou des) diode(s) tunnel, l'oscillateur comprend, en parallèle sur le condensateur (dit deuxième) du circuit RC de la source auxiliaire, la diode tunnel et le primaire d'un transformateurélévateur de tension dont le secondaire en série avec une diode Zener transmet d'une part à un troisième condensateur placé en parallèle sur ce secondaire et cette diode une tension de référence suffisante pour que ce troisième condensateur assure par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation le maintien ou le retour de l'interrupteur en position de conduction et d'autre part des impulsions périodiques d'une amplitude suffisantepour faire cesser, par l'intermédiaire du même circuit d'adaptation, la conduction de l'interrupteur de façon intermittente.

Dans le deuxième cas du transistor bipolaire l'oscillateur comprend, en parallèle sur le condensateur (dit deuxième) du circuit RC de la source auxiliaire, un transistor bipolaire et un premier enroulement primaire d'un transformateur-élévateur de tension dont le secondaire en série avec une diode Zener transmet d'une art'à un troisième condensateur placé en parallèle sur ce secondaire une tension de référence suffisante pour que ce troisième condensateur assure par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation le maintien ou le retour de l'interrupteur en position de conduction et d'autre part des impulsions périodiques d'une amplitude suffisante pour faire cesser, par l'intermédiaire du même circuit d'adaptation,la conduction de l'interrupteur de façon intermittente, la base du transistor bipolaire étant reliée d'une part à une résistance et d'autre part à un circuit série comprenant un deuxième enroulement primaire et un quatrième condensateur, l'autre borne de cette résistance et de ce circuit série étant reliée à la borne commune au condensateur du circuit RC série et au premier enroulement primaire, et ce deuxième enroulement primaire étant prévu pour créer l'effet d'oscillation du montage ainsi constitué.

En variante de réalisation, on peut encore prévoir que l'oscillateur à fréquence autonome comprenne, en parallèle sur le condensateur du circuit RC, un premier circuit d'oscillation délivrant aux bornes d'un condensateur (dit cinquième) à la fois la tension de ré férence pour le maintien ou le retour de l'interrupteur en position de conduction et la tension d'alimentation d'un deuxième circuit-dlcscilla- tion, par exemple un circuit à faible consommation du type montage en
C-MOS, le premier circuit d'oscillation pouvant éventuellement être remplacé par deux circuits d'oscillation identiques en parllèle,auxquels le cinquième condensateur- est commun.

Le dispositif ainsi proposé dans plusieurs modes de réalisation permet, tomme utilisation particulièrement intéressante, de convertir la tension très basse d'une pile ou d'une photopile (ou de plusieurs éventuellement) en une tension plus élevée plus couramment employée dans la majorité des applications électriques ou électroniques -(d'une puissance bien entendu compatible avec celle fournie par une telle pile), la tension d'entrée pouvant donc être par exemple de l'perdre de 0,3 à 0,5 volt.

Comme un tel dispositif ne fait appel qu'à des semiconducteurs (et non plus à des vibreurs), sa durée de vie est excellente.

Par ailleurs, en exploitant l'effet d'élévation de tension aux bornes d'une inductance lorsqu'on ouvre brusquemment une voie qui avait, préalablement, permis l'établissement d'un courant, Làtension de sortie utile du convertisseur peut être comprise dans une vaste plage d'amplitudes si la fréquence de commutation est bien définie et contrôlée.

Enfin, en utilisant pour cette commutation un interrupteur ne nécessitant qu'une puissance de commande très inférieure à la puissance de sortie utile du convertisseur, le rendement maximal de ce convertisseur peut être largement supérieur à 60 %, ce qui est d'une qualité tout à fait inhabituelle (il est entendu cependant que ce rendement peut varier en fonction des conditions d'éclairement).

Dans le -cas où une puissance plus élevée que celle d' un convertisseur à une photopile est souhaitable, on peut lui associer un dispositif de concentration de lumière pouvant rendre les conditions d' éclairement de l'ordre de 50 à 100 fois supérieures à celles observées vers midi, par une très belle journée. Le convertisseur selon l'inven tion se prête également très bien à-llincorporation d'asservissements tendant à optimiser les transferts d'énergie en fonction des deux principaux paramètres: niveau d-'éclairement, tension de sortie.On pourra donc prévoir un circuit d'asservissement rapport cyclique des impulsions de tension commandant l'interrupteur au niveau d'éclairement de la ou des photopiles, ou encore un circuit d'asservissement de ce rapport cyclique à la valeur de la tension de sortie souhaitée pour le convertisseur.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels:
- les figures 1 à 5 montrent chacun un mode de réalisation distinct du convertisseur selon l'invention
- la figure 6 représente un onduleur monophasé incorporant un convertisseur selon l'invention
- la figure 7 représente un exemple de convertisseur selon l'invention, équipé d'un circuit d'asservissement au niveau d'éclairement, et la figure 8 les formes des signaux en quelques points essentiels ; et
- la figure 9 représente un exemple de convertisseur selon l'invention, équipé d'un circuit d'asservissement à la tension de sortie du convertisseur.

Le premier mode de réalisation proposé pour le convertisseur de tension continue selon l'invention est représenté sur la figure 1 et comprend:
(a) en entrée un circuit de transformation d'énergie solaire en énergie électrique, constitué ici d'une photopile 1 destinée à jouer dans le convertisseur le rôle d'une source principale de tension continue
(b) en sortie un circuit d'utilisation comprenant en série une diode 2 et un condensateur 3, la tension aux bornes de ce condensateur devant alimenter une charge en courant continu ; et
(c) entre ces deux circuits, une inductance 4 à variation alternative du courant qui la traverse par fermetures et ouvertures successives d'un interrupteur 5 sous l'action d'un circuit de commutation décrit cidessous plus en détail.

Dans ce premier mode de réalisation du convertisseur, le circuit de commutation comprend une source de tension dite auxiliaire et consistant en un circuit composé d'une résistance 10 et d'un condensateur ll en série. Ce circuit RC série est placé en parallèle sur la photopile 1 pour prélever une fraction de la puissance délivrée par celle-ci.

La puissance de la source auxiliaire ainsi constituée est de préférence notablement inférieure à celle de la photopile 1, afin que la contribution de cette source aux pertes de 11 ensemble du circuit de commutation soit aussi faible que possible
Ce circuit de commutation comprend également un oscillateur, dit à fréquence autonome parce que les tensions impulsionnelles, d'une amplitude de plusieurs volts, qui lui sont demandées pour la commande de l'interrupteur 5 sont engendrées indépendamment des impulsions provoquées dans l'inductance 4 par la commutation de cet interrupteur.L' oscillateur comprend lui-même, en série avec le condensateur 11, une diode tunnel 15 (donc à impédance négative) et le primaire 16 d'un transformateur-élévateur de tension 18.- En combinaison avec une diode Zener 22, le secondaire 20 de ce transformateur d'une part transmet à un condensateur de stockage 21 (en parallèle sur le circuit série comprenant le secondaire 20 et la diode Zener 22) une tension de référence positive suffisante pour assurer, au cours du fonctionnement du convertisseur, le maintien ou le retour de l'interrupteur 5 en position de conduction, et d'autre part fournit des impulsions périodiques d'une amplitude suffisante pour faire cesser la conduction de l'interrupteur 5 de façon intermittente.

Dans l'exemple ici décrit, l'interrupteur 5 est un transistor à effet de champ du type MOS à canal N dont la grille reçoit, selon l'instant considéré, ou bien la tension de référence positive suffisante pour que le transistor soit en état de conduction ou bien les impulsions de tension ( impulsions négatives par rapport à cette tension de référence)d'une amplitude suffisantepour faire cesser la conduction du transistor. La tension de référence présenté aux bornes du condensateur 21 et les impulsions d'interruption de conduction sont transmises à la grille du transistor à effet de champ par l'intermédiaire d'un circuit d' adaptation 23.

Dans un deuxième mode de réalisation, représenté sur la figure 2, du convertisseur de tension continue selon l'invention, le circuit de commutation du convertisseur comprend le même circuit RC série que précédemment, composé de la résistance 10 et du condensateur 11, et comprend également, an parallèle sur ce condensateur 11, le circuit émet teur-collecteur d'un transistor bipolaire PNP 30 et un premier enroulement primaire 31 d'un transformateur-élévàteur de tension 340 En combinaison avec une diode Zener 42 en série avec-iui,le secondaire 36-de ce transformateur d'une part transmet à un condensateur de stockage 41 (en parallèle sur le circuit série comprenant le secondaire 36 et la diode 42) une tension de référence positive suffisante pour assurer, au -cours du fonctionnement du convertisseur, le maintien ou le retour de l'interrupteur 5 en position de conduction, et d'autre part fournit les impulsions périodiques devant faire cesser la conduction de l'interrupteur 5.

Comme dans le cas du premier mode de réalisation, la tension de référence présente aux bornes du condensateur 41 et les impulsions d'interruption de conduction sont transmises à la grille du transistor à effet de champ constituant l'interrupteur 5 par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation d'impédance 43, qui est ici composé de deux transis tors bipolaires NPN et PNP (37 et 38) en parallèleç,le le premier conduisant pendant la durée de conduction de l'interrupteur 5 et le second pendant sa durée de non-conduction.

La base du transistor 30ast reliée d'une part à un circuit série comprenant un deuxième enroulement-primaire 32 du transformateur 34 et un condensateur 33 et d'autre part à une résistance de polarisation 35. L'autre borne de cette résistance 35 et du circuit série (32, 33) est reliée à la borne commune au premier enroulement primaire 31 et au condensateur 11 du circuit RC de source auxiliaire de tension continu nue. La présence de ce deuxième enroulement primaire 32 permet de créer 1' effet d'oscillation du montage ainsi constitué.

Dans un troisième mode de réalisation, représenté sur la figure 3, du convertisseur de tension continue selon l'invention, le circuit de commutation du convertisseur comprend le même circuit RC série que précédemment, composé de la résistance 10 et du condensateur 11, et comprend-également, en parallèle sur ce condensateur 11, un premier circuit d'oscillation 51 destiné à alimenter un deuxième circuit d'oscillation 52. Dans l'oscillateur double ainsi constitué, le premier circuit 51 comprend lui-même en série le circuit émetteur-collecteur d' un transistor bipolaire 53 et un premier enroulement magnétique 55. La baste du transistor 53 est par ailleurs reliée à un circuit série comprenant un deuxième enroulement magnétique 56 et un cinquième condensateur 57.L'autre borne du condensateur 57 est reliée à la borne commune au premier enroulement magnétique 55 et au condensateur Il du circuit RC de la source auxiliaire de tension continue.

Le deuxième-circuit d'oscillation 52, alimenté par la tension disponible auxbornes du condensateur5" est un circuit à faible consommation, du type montage à C-MüS par exemple. Comme précédemment,-la tension de référence, présente cette fois aux bornes du condensateur 57, et les impulsions d'interruption de conduction sont transmises à.la grille du transistor à effet de champ constituant l'interrupteur 5 par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation d'impédance 63.

Dans un quatrième mode de réalisation du convertisseur de tension continue selon l'invention, on peut prévoir que la char ga du circuit d'utilisation comprenne un circuit de stockage d'énergie électrique, pouvant être associé par exemple à un montage du type de ceux des figures 1 et 2.La figurera illustre le cas où un tel circuit de stockage, par exemple une batterie 70, est associé à un mode de réalisation du convertisseur du type de celui de la figure 1 (à diode tunnel et à transformateur-éléuateur). La batterie 70 est dans ce cas destinée simplement à fournir la tension de référence pour le maintien de l'interrupteur 5 en position de conduction (en-l'absence des impulsions d'ouverture de cet interrupteur) ; lui sont associées une diode 71, dont l'anode est reliée au point commun à la diode 2 et à l'inductance 4, et une résistance 72 dont une extrémité est reliée à la cathode de la diode 2, l'autre extrémité de cette résistance et la cathode de la diode 71 étant reliées au point commun au secondaire 20 du transformateur 18 et au condensateur 21.

Le circuit de stockage d'énergie électrique constituant la charge du circuit d'utilisation peut également faire partie de la source auxiliaire de tension continue. La figure 4b illustre le casj où un tel circuit de stockage, par exemple une batterie 80, est associé à un circuit d'oscillation du type du circuit 52 (voir la figure 3). Comme précédemment dans la figure 4a, une diode 81 et une résistance 82 sont associes àîa batterie 80 (celle-ci étant au moins partiellement chargée pour assurer l'auto- démarrage du convertisseur), et la borne commune à la diode 81 et à la résistance 82 est reliée à une borne d'un condensateur 91 dont l'autre borne est, comme la borne correspondante du condensateur 11 sur les figures 1? 2 et 3, reliée à la masse du montage.Un circuit d'oscillation 92, semblable au circuit 52 de la figure 3, est ali menté par la tension disponible aux bornes du condensateur 91, un circuit d'adaptation 93 étant prévu comme précédemment.

Dans un cinquième mode de réalisation représenté sur la figure 5, du convertisseur de tension continue selon l'invention, la source auxiliaire de tension continue consiste en un circuit composé d' une suite de mini-photopiles auxiliaires,- ici six (101 à 106), et d'un condensateur 111. Ce circuit série est en parallèle sur la photopile 1, et les mini-photopiles 101 à 106 sont placées au voisinage de cette photopile principale et suivant la même orientation, afin de bénéficier-des mêmes conditions d'éclairement.Ces mini-photopiles n'ont à délivrer qu' une faible fraction de la puissance fournie par la photopile principale 1-; avec la tension de quelques volts ainsi obtenue aux bornes du condensateur 111, un circuit d'oscillation 112 (auquel est associé comme précédemment un circuit d'adaptation 113) est alimenté, ce circuit étant analogue aux circuits 52 et 92 des figures 3 et 4b respectivement et fonctionnant exactement de la même façon.

La présente invention concerne donc, en premier lieu, un convertisseur de tension continue en tension continua, avec tous les avantages, et dans les divers modes de réalisation qui viennent d'être décrits mais elle concerne aussi, bien évidemment, tout circuit incorporant ce convertisseur, et notamment des onduleurs de faible puissance réalisés de façon similaire. On n'envisagera ici que des onduleurs dont le signal alternatif de sortie est de forme carrée, mais sans pour autant exclure du cadre de l'invention des onduleurs à signal de sortie de forme moins simple.

Un premier mode de réalisation d'onduleur monophasé destiné à des applications de faible puissance, comprend un convertisseur de tension continue, selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits dans la présente demande. Ce convertisseur est suivi d'un pont à quatre commutateurs, de type connu, les commutateurs étant commandés par un oscillateur à faible consommation, à C-MOS par exemple, pour fournir le signal alternatif voulu.

Un deuxième mode de réalisation d'onduleur monophasé consiste à prévoir, comme le montre la figure 6, un convertisseur de tension continue 120 selon l'un quelconque des modes de réalisation décrits précédemment, mais en lui adjoignant une deuxième inductance 124 et un deuxième interrupteur 125. La réalisation la plus efficace consiste à utiliser un transformateur 121 dont le primaire présente un point milieu, les deux enroulements primaires ainsi délimités, à couplage magnétique serré, constituant les inductances 4 et 124. Les deux interrupteurs 5 et 125 sont commandés en opposition de phase par un oscillateur 126 délivrant un signal de forme carrée ; un inverseur 127 est prévu entre la sortie de l'oscillateur et l'un des interrupteurs, 125 par exemple.Le transformateur 121 est équipé d'un secondaire 122 qui fournit à une charge 128 devant être alimentée an courant alternatif monophasé le signal à la fréquence voulue (le plus souvent 50, 60- ou 400 hertz) fixée par 1' oscillateur.

A partir de l'un des modes de réalisation d'onduleur précédents, on peut réaliser un onduleur polyphasé comprenant un nombre quelconque n d'onduleurs monophasés tels que décrits, ce nombre étant égal au nombre de phases voulu et un étage de commande commun à ces onduleurs étant bien entendu prévu pour permettre, de façon connue par combinaisons successives des tensions alternatives monophaséesdélivrées, la reconstitution de la tension alternative polyphasée souhaitée.

D'autres dispositifs réalisés à- partir du convertisseur de tension continue comme circuit de base peuvent encore être proposés, par exemple un générateur de haute tension pour tube à éclats. Chaque impulsion appliquée à llinterrupteur conduit à une augmentation de 1' état de charge du condensateur de sortie, et lorsque la tension atteint une valeur suffisante, un tube au néon s'amorce et déclenche un thyristor, ce qui crée une impulsion de très forte amplitude à la sortie d'un transformateur d'impulsions et commande la décharge du condensateur de sortie à travers le tube à éclats.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits et représentés, à partir desquels d'autres variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention.

On a vu par exemple que l'interrupteur 5 (ou 125) pouvait être un transistor à effet de champ du type MOS. La faible valeur ohmique de la résistance d'un tel interrupteur dans son état de conduction, même pour les plus forts courants pouvant le traverser, peut encore être réduite, par division par un facteur m, en prévoyant m transistors à effet de champ de type MOS en parallèle les uns sur les autres, ces m transistors étant commandés simultanément par le circuit de commutation.

De même, dans le cas du convertisseur représenté sur la figure 3, le premier circuit d'oscillation 51 peut être remplacé par deux circuits d'oscillation identiques placés en parallèle et ayant en commun le condensateur devant délivrer la tension de référence pour 1' interrupteur. On remarquera aussi, comme autre variante de réalisation, qu'il est possible d'atteindre, pour un convertisseur ayant une configu -ration déterminée, une puissance plus élevée (de l'ordre de 50 à 100 fois) si l'on associe aux photopiles un. dispositif de concentration de lumière.

Enfin, une amélioration des performances des différents modes de réalisation du convertisseur- selon l'invention ou simplement leur optimisation en fonction d'une application particulière est rendue possible par l'adjonction de certains types d'asservissement pouvant être utilisés séparément, ou combinés. L'oscillateur à fréquence autonome peut par exemple comprendre, dans la cas où le circuit de transformation en énergie électrique est une photopile, un circuit d'asservissement du rapport cyclique des impulsions de tension commandant l'ouverture de l'interrupteur (5 ou 125) au niveau d'éclairement de la ou des photopiles (c'est-à-dire d'asservissement de ce rapport cyclique à la puissance ou à la tension d'entrée).On peut-aussi, d' une manière tout à fait générale, équiper I'oscillateur à fréquence autonome d'un circuit d'asservissement du rapport cyclique des impulsions à la tension de sortie du convertisseur, par exemple dans le cas où le convertisseur selon l'invention est incorporé à un dispositif de charge d'une batterie imposant la valeur decette tension de sortie.

Un exemple de réalisation d'un convertisseur selon l'invention auquel on a adjoint un circuit d'asservissement du rapport cyclique des impulsions au niveau d'éclairement est représenté sur la figure 7. Le convertisseur représenté, qui est dans cet exemple du type de celui de la figure 4b, comprend donc la photopile 1, la diode 2, le condensateur 3, l'inductance 4, llinterrupteur 55 ira batterie~80, la diode 81, la résistance 82, mais aussi un condensateur d'intégration 130 associé à un circuit intégré 131 (une sextuple bascule de Schmitt,de référence HEF 40106 BP , fabriqueepar la société française R.T.C.) pour la génération des impulsions de commande de l'interrupteur 5.Aux bornes de ce condensateur 130, deux bascules de Schmitt internes au circuit intégré 131 (bornes 11-10 et 13-12 de ce circuit) génèrent un si gnal triangulaire U5 envoyé sur la borne 5 (voir la figure 8a) du circuit 131 et disponible sur la borne 6.

Par ailleurs, à l'aide d'une miniphotopile 132, placée à proximité de la photopile principale 1, et d'une résistance 133 qui lui est associée, une tension de décalage dU est ajoutée au signal triangulaire précédent et le signal triangulaire résultant
U1 est envoyé sur la borne 1 du circuit 131 pour être finalement disponible sur la borne 4. L'intersection de ces deux signaux triangulaires U5 et U; (parallèles mais décalés verticalement avec un écart proportionnel à dU et donc au- niveau d'éclairement de la miniphotopile 132) avec l'axe des tensions nulles définit deux signaux logiques de forme rectangulaire U6 et U4 (voir respectivement -les figures 8b et 8d) et de largeurs bien évidemment différentes si dU et donc l'éclairement ne sont pas nuls.La différence logique de ces deux signaux U6 et U4 obtenue à l'aida du circuit comprenant la diode 135 et la résistance 136 permet de définir un signal impulsionnel (voir la figure 8e) dont la période est constante mais dont la largeur est directement liée à l'éclairement puisque proportionnelle à la valeur de dU ; c'est ce signal impulsionnel qui, après traversée du circuit d'adaptation 137, est envoyé vers l'interrupteur 3.

De même, on peut citer un exemple de réalisation de convertisseur selon l'invention qui soit équipé d'un circuit d'asservissement-du rapport cyclique des impulsions à la tension de sortie du convertisseur. Dans cet exemple repréaenté sur la figure 9, le convertisseur, qui est cette fois du type de celui de la figure 3, comprend donc la photopile 1, la diode 2, le condensateur 3, l'inductance 4, l'interrupteur 5, le circuit RC série 10-11, et un circuit d' oscillation 151 (du type du circuit 51 de la figure 3, mais comprenant deux transistors 153a et 153b, quatre enroulements magnétiques 155a, 156a, 155b J- 156b et un condensateur 157) alimentant un circuit d'oscillation 152 ; ce dernier génère aux bornes du condensateur 158 une tension de forme triangulaire, transformée en tension de forme rectangulaire à la sortie.

Le courant de charge de ce condensateur 158 est pratiquement indépendant de Ia tension de sortie du convertisseur, imposée par une batterie 160, et déterminé par la valeur ohmique de la résistance 171 de la voie 170. En revanche, le courant de décharge du condensateur 158 (décharge à la durée de laquelle correspond celle des impulsions d'ouverture de l'interrupteur 5) est proportionnel à cette tension de sortie du convertisseur, puisque commandé par un circuit 172 dit miroir de courant et qui impose dans la voie 174 un courant égal sensiblement à la tension aux bornes de la batterie 160 divisée par la somme des valeurs ohmiques de la résistance fixe 175 et de la résistance reglable 176. Un circuit 178 de compensation de non-linéa-rités est facultativement prévu en entrée du miroir de courant, et un circuit d'adaptation 183 est prévu, comme précédemment, entre la sortie du deuxième circuit d'oscillation 152 et l'interrupteur 5.

Claims (17)

REVENDICATIONS:

1. Convertisseur de tension continue comprenant en entrée un circuit de stockage d'énergie électrique ou de transformation en énergie électrique d'une énergie d'un autre type, destiné à constituer une source principale de tension continua, sortie un circuit d'utilisation destiné à être refermé sur une charge et, entre cas deux circuits, un circuit magnétique à variation alternative du courant qui le traverse par fermetures et ouvertures successives d'un interrupteur (5) sous l'action d'un circuit de commutation, caractérisé en ce que ce circuit de commutation comprend un oscillateur à fréquence autonome alimenté par une source auxiliaire de tension continue de puissance notablement inférieure à celle du circuit de transformation en énergie électrique et destiné lui-même à alimenter d'une part un circuit de stockage d'une tension de référence pour le maintien ou le retour de l'interrupteur en position de conduction et d'autre part un générateur d'impulsions de-tension pour la commande des ouvertures successives de l'interrupteur, et en ces que le circuit d'utilisation, destiné à être refermé sur une charge devant être alimentée en courant continu, comprend en série une diode et un premier condensateur.

2. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source auxiliaire de tension continua comprend un circuit

RC série (10,11) placé en parallèle sur le circuit de stockage ou de transformation en énergie électrique et destiné à prélever une fraction de la puissance délivrée par ce circuit de stockage ou de transformation.

3. Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'oscillateur à fréquence autonome comprend, en parallèle sur le condensateur (dit deuxième) du circuit RC (10,11), au moins une diode tunnel (15) ainsi que le primaire (16) d'un transformateur-élévateur de tension (18) dont le secondaire (20) en série avec une diode

Zener (22) transmet d'une part à un troisième condensateur (21) placé en parallèle sur ce secondaire et cette diode une tension de référence suffisante pour que ce troisième condensateur assure par l'intermédiaire d'un circuit d'adaptation (23) le maintien ou le retour de l'interrupteur (5) en position de conduction et d'autre part des impulsions périodiques-d'une amplitude suffisante pour faire cesser par l'interdiaire du circuit d'adaptation la conduction de l'interrupteur de fa çon intermittente.

4. Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'oscillateur à fréquence autonome comprend, en parallèle sur le condensateur (dit deuxième) du circuit RC (10,11), le circuit émetteur-collecteur d'au moins un transistor bipolaire (30) ainsi qu' un premier enroulement primaire (31) d'un transformateur-élévateur de tension (34) dont le secondaire (36) en série avec unie diode Zener (42) transmet d'une part à un troisième condensateur (41) placé en parallèle sur ce secondaire et cette diode une tension de référence suffisante pour que ce troisième condensateur assure par llintermédiaire d'un circuit d'adaptation- (43) le maintien ou le retour de l'interrupteur (5) en position de conduction et d'autre part des impulsions périodiques d'une amplitude suffisante pour faire cesser par l'intermédiaire du circuit d'adaptation d'impédance la conduction de l'interrupteur de façon intermittente, la base du transistor bipolaire étant reliée d' une part à une résistance (35) dite de polarisation et d'autre part à un circuit série comprenant un deuxième enroulement primaire (32) et un quatrième condensateur (33), l'autre borne de cette résistance et de ce circuit série étant reliée à la borne commune au condensateur (11) du circuit RC série (10,11) et au premier enroulement primaire (31), et ce deuxième enroulement primaire étant prévu pour créer- l'ef- fet d'oscillation du montage ainsi constitué.

5. Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que I'oscillateur à fréquence autonome comprend, en parallèle sur le condensateur (dit deuxième) du circuit RC (10,11), un premier circuit d'oscillation (51) comprenant lui-même en série le circuit émetteur-collecteur d'un transistor bipolaire (53) et un premier enroulement magnétique (55), la base de ce transistor étant reliée à un circuit série comprenant un deuxième enroulement magnétique (56) et un cinquième condensateur (57) aux bornes duquel est disponible ladite tension de référence pour le maintien ou le retour de l'interrupteur (5) en position de conduction, et an ce que ladite tension aux bornes du cinquième condensateur (57) est également destinée à alimenter un deuxième circuit d'oscillation (52) à faible consommation, du type montage en C-MOS.

6. Convertisseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'oscillateur fréquence autonome comprend en parallèle deux circuits d'oscillation identiques au premier circuit d'oscilla- tion, ledit cinquième condensateur (57) étant commun à ces deux cir cuits d'oscillation.

7. Convertisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la charge du circuit d'utilisation est un circuit de stockage d'énergie électrique, tel qu'une batterie (7Dz destiné à fournir ladite tension de référence pour le maintien ou le retour de l'interrupteur (5) en position de conduction.

8. Convertisseur selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la charge du circuit d'utilisation est un circuit de stockage d'énergie électrique, tel qu'une batterie (80), au moins partiellement chargé pour constituer avec ledit circuit RC (82, 91) la source auxiliaire de tension continue.

9. Convertisseur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit de transformation en énergie électrique comprend une ou plusieurs photopiles principales et en ce que la source auxiliaire de tension continue comprend une ou plusieurs miniphotopiles auxiliaires (101) à (106) placées au voisinage de la ou des photopiles principales pour bénéficier sensiblement des mêmes conditions d'éclairement.

10. Convertisseur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un dispositif de concentration de lumière est associé aux photopiles.

11. Convertisseur selon l'une des revendications 9 et 10, caractêrisé en ce que l'oscillateur à fréquence autonome comprend un circuit d'asservissement du rapport cyclique des impulsions de tension qu'il délivre pour la commande de l'interrupteur (5, destiné à asservir ce rapport cyclique au niveau d'éclairement de la ou des photopiles.

12. Convertisseur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'oscillateur à fréquence autonome comprend un circuit d'asservissement du rapport cyclique des impulsions de tension qu'il délivre pour la commande de l'interrupteur (5), destiné à asservir ce rapport cyclique à la valeur de la tension de sortie souhaitée pour le convertisseur.

13. Convertisseur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'interrupteur est composé d'au moins un transistor à effet de champ du type dit MOS.

14. Convertisseur selon revendication 13, caractéri sé en ce que l'interrupteur est composé de m transistors à effet de champ du type MOS placésen parallèle les uns sur les autres et con mandés simultanément par le circuit de commutation.

15. Onduleur monophasé destiné à des applications de faibles puissances et caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur de tension continue selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, suivi d'un étage de transformation de tension continue en tension alternative monophasée.

16. Onduleur monophasé destiné à des applications de faibles puissances et caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur de tension continue (120) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, auquel sont associés un deuxième interrupteur (125) et un deuxième circuit magnétique (124) à variation également alternative du courant qui le traverse par fermetures et ouvertures successives de ce deuxième interrupteur sous l'action du circuit de commutation et alternées avec les fermetures et ouvertures successives du premier interrupteur (5), le circuit d'utilisation destiné à être refermé sur une charge étant composé d'un enroulement magnétique secondaire (122) couplé de façon similaire à chacun des enroulements primaires constitués par les premier et deuxième circuits magnétiques (4) et (124) et excité alternativement par chacun de ces enroulements primaires pour délivrer la tension alternative monophasée souhaitée.

17. Onduleur polyphasé caractérisé en ce qu'il comprend un nombre quelconque d'onduleurs selon l'une des revendications 1S et 16, ce nombre étant égal au nombre de phases voulu et un étage de commande commun à ces onduleurs étant prévu pour permettre la raconstitu- tion de la tension alternative polyphasée souhaitée.