FR2590070A1 - Ensemble magnetique integre destine a etre utilise dans le circuit de sortie d'une alimentation electrique commutee - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN ENSEMBLE MAGNETIQUE INTEGRE. ELLE SE RAPPORTE A UN ENSEMBLE MAGNETIQUE INTEGRE DANS LEQUEL UN PRIMAIRE16 ET UN SECONDAIRE17 D'UN TRANSFORMATEUR SONT MONTES SUR UNE PREMIERE PARTIE DU NOYAU ET DES ENROULEMENNTS L1, L2, L3 D'UNE SELF SONT MONTES SUR UNE AUTRE PARTIE DU NOYAU. LES DIFFERENTS TRAJETS DU FLUX MAGNETIQUE ONT UNE PARTIE COMMUNE DANS UN SEGMENT COMMUN25D DU NOYAU DANS LEQUEL LES FLUX MAGNETIQUES ONT DES SENS OPPOSES. APPLICATION AUX ALIMENTATIONS ELECTRIQUES COMMUTEES.

Description

La présente invention concerne un ensemble magné-

destiné à être utilisé dans le circuit de sortie des alimen-

tations à commutation électronique à haute fréquence.

Les alimentations à commande électronique ont presque remplacé le type antérieurement habituel d'alimen-

tation mettant en oeuvre une régulation série dans le cir-

cuit de sortie. Dans les applications modernes, la densité de puissance (c'est-à-dire exprimée en watts par volume) et

les pertes de puissance sous forme d'une dissipation thermi-

que sont devenus des facteurs importants et parfois primor-

diaux. Lorsque la densité de puissance augmente, une plus grande attantion doit être apportée aux pertes de puissance et à la dissipation thermique car, étant donné la densité électronique élevée présente dans les ordinateurs modernes

et analogues, l'élimination des pertes de puissance évita-

bles mêmes relativement faibles, est un avantage appréciable.

La réduction au minimum de la dimension physique de l'ali-

mentation est de même importante et évidemment, il est sou-

haitable que ces propriétés soient obtenues à un coût rai-

sonnable.

Une source de perte de puissance dans les alimen-

tations commutées classiques est le circuit de sortie qui comporte un transformateur de sortie. Ce dernier a au moins un primaire qui reçoit un courant commuté de sortie provenant

d'un dispositif tel qu'un transistor de puissance. Son secon-

daire couple la puissance commutée à un circuit de filtrage

de sortie qui comporte des éléments redresseurs et un con-

densateur de filtrage aux bornes duquel apparaît la tension

de sortie. De manière classique, le circuit de sortie compor-

te aussi une self faisant partie du circuit de filtrage de sortie ou destinée à transmettre un courant au condensateur

de filtrage de sortie pendant un segment du cycle de commuta-

tion pendant lequel le dispositif de commutation est ouvert.

L'arrangement précédent existe à la fois dans les alimenta-

tions du type parallèle et du type équilibré. Dans le pre-

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mier cas, un seul dispositif de commutation est utilisé, et le courant commuté est habituellement couplé au circuit de sortie par un seul primaire de transformateur et un seul secondaire. L'autre type d'alimentation comporte au moins deux dispositifs de commutation fonctionnant en alternance et un transformateur de sortie qui peut prendre un certain

nombre de configurations.

On sait que le courant commuté est couplé par le transformateur du circuit de sortie et est transformé par des redresseurs de sortie et le filtre en un signal de sortie en un courant continu. La r6gulation du paramètre de sortie, par

exemple la tension de sortie, est obtenue par réglage du coef-

ficient d'utilisation de l'opération de commutation. Le régla-

ge de coefficient d'utilisation de la puissance commutée est

obtenu par r6glage continu et automatique de la dur6e de com-

mande de la commutation en fonction des variations 6élémentai-

res des tensions de ligne et de sortie.

L'industrie a en pratique gardé les transformateurs de sortie et les selfs sous forme de composants électriques sépar6s. Ainsi, le transformateur de sortie et la self de

sortie sont ind6pendants physiquement et électriquement. L'in-

dépendance a 6t6 conserv6e malgré le fait que, dans certains dispositifs connus, la self comprend un primaire mont6 en

série avec le primaire du transformateur et avec une polari-

sation telle qu'un flux magnétique s'6tablit dans le noyau de la self lorsque le dispositif de commutation est ferm6

et de manière qu'une tension de polarité convenable de sor-

tie soit induite dans un secondaire lorsque le dispositif de

commutation est ouvert.

L'utilisation de composants magn6tiques s6parés et totalement indépendants, dans les circuits de sortie, a

tendance à augmenter les coûts de fabrication et à augmen-

ter la taille globale de l'alimentation. On a constaté que le transformateur de sortie et la self de sortie pouvaient être combinés physiquement et, dans une certaine mesure, combinés magnétiquement afin qu'une structure unitaire qui

réduit les coûts de fabrication et permet des économies im-

portantes d'espace sur le châssis d'alimentation, soit cr6éée.

Comme décrit plus en détail dans la suite, l'association du transformateur de sortie et de la self de sortie met en oeuvre un segment commun de noyau magnétique qui ferme les

trajets du flux magnétique obtenus par excitation du pri-

maire par le courant commuté de sortie. Ce segment commun

de noyau ferme aussi le trajet de circulation du flux éta-

bli par le courant circulant dans l'enroulement de la self.

Le segment commun du noyau peut être utilisé en partie parce que les excursions de courant nécessaires dans les alimentations travaillant à des fréquences élevées de

commutation sont réduites. Cette amplitude réduite des excur-

sions du flux réduit au minimum les pertes par hystérésis et par courants de Foucault dans les éléments magnétiques et permet aussi aux tronçons communs de noyau magnétique de transmettre à la fois le flux de la self et le flux du transformateur sans augmentation notable de la section du noyau. On a aussi constaté selon l'invention que le dispositif magnétique intégré de sortie décrit précédemment peut comprendre avantageusement un enroulement auxiliaire destiné à coupler de l'énergie d'une inductance de fuite

du primaire du transformateur et/ou de la--self à la sortie.

Dans les alimentations commutées, certaines mesu-

res doivent être prises afin que des tensions induites exces-

sives ne soient pas appliquées au dispositif de commutation (habituellement à semi-conducteur) lorsqu'il passe de l'état

fermé à l'état ouvert. Lorsque le courant commuté est bruta-

lement interrompu, la tension induite du côté du primaire du transformateur par la réduction brutale du courant peut atteindre des valeurs énormes. En l'absence de toute mesure, la tension induite peut dépasser de beaucoup la tension de

claquage du dispositif de commutation à semi-conducteur.

Habituellement, le primaire du transformateur est shunté par un dispositif quelconque capable d'absorber l'énergie de l'inductance de fuite dans le transformateur. Par exemple, ce shunt comprend un condensateur et une diode destines à établir une boucle de circulation du courant, si bien que le courant du primaire du transformateur est utilisé pour

la charge du condensateur lorsque le commutateur est ouvert.

Lorsque le commutateur se ferme à nouveau, l'énergie conser-

vée dans le condensateur se dissipe dans un trajet de dé-

charge comprenant le commutateur et un élément résistif. Selon la présente invention, on a constaté que

l'énergie de l'inductance de fuite provenant du transforma-

teur et du câblage associé peut être utilisée pour une aug-

mentation de la puissance qui peut être fournie à la sortie.

Ce résultat est obtenu par transfert de l'énergie accumulée dans le condensateur (tirée de l'inductance de fuite) à l'enroulement de sortie de la self (ou au secondaire du transformateur) par un enroulement auxiliaire qui leur est

couplé magnétiquement. Le courant circulant dans l'enroule-

ment auxiliaire établit un flux dans le noyau magnétique après fermeture du commutateur et, lorsque le commutateur tourne, le flux induit une tension qui est transmise à la sortie. Comme cette énergie est transmise au circuit de sortie, elle contribue à la fourniture d'énergie demandée

et augmente donc le rendement de l'alimentation.

L'invention concerne donc un ensemble magnétique intégré destiné à être utilisé dans un circuit de sortie

en courant continu d'une alimentation à commutation électro-

nique comprenant un transformateur, une self, des tronçons

de noyau magnétique faisant partie d'un trajet fermé respec-

tif pour le flux magnétique destiné au transformateur et à la self, et un élément commun de noyau magnétique raccordé aux tronçons de noyau magnétique et fermant les trajets de circulation du flux magnétique destinés au transformateur

et à la self.

L'invention concerne aussi un dispositif de cou-

plage magnétique, de préférence du type décrit précédemment, ayant un enroulement auxiliaire formé sur l'un des tronçons de noyau et couplé magnétiquement à l'un des enroulements dans le circuit de sortie en courant continu afin que de l'énergie soit transférée à la sortie de l'alimentation pendant une partie du cycle du courant commuté. Dans le mode

de réalisation pr6f6r6 d'alimentation comprenant un tel dis-

positif, l'enroulement auxiliaire regoit de l'énergie du condensateur d'un "circuit accumulateur" monté aux bornes

des primaires du transformateur et de la self.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention ressortiront mieux de la description qui va suivre,

faite en référence aux dessins annex6s sur lesquels: les figures 1A et lB sont des sch6mas électriques de deux types d'alimentation commut6e connus, représentant plus précisément les circuits magnétiques de sortie de ces alimentations;

la figure 2 est un sch6ma électrique d'une ali-

mentation commutée de type classique comprenant un ensemble magnétique intégré selon l'invention;

la figure 3 est un sch6ma électrique d'une ali-

mentation à commutation électronique selon l'invention,

comprenant aussi l'ensemble magnétique int6gr6 selon l'in-

vention, ayant un enroulement auxiliaire incorpor6 à un

noyau magnétique en une seule pièce.

La figure 4 est une perspective de l'ensemble magnétique intégré selon l'invention; la figure 5 est une élévation frontale d'une structure de noyau de l'ensemble magnétique int6gr6 selon l'invention; la figure 6 est un graphique représentant la caractéristique B/H d'un noyau de transformateur du type utilisé dans les alimentations commutées, ce graphique étant utile pour l'explication de certains principes mis en oeuvre dans l'ensemble int6gr6 selon l'invention; les figures 7 et 8 sont des schémas électriques d'autres modes de réalisation d'alimentations à commutation électronique selon l'invention;

la figure 9 est un schéma électrique d'une ali-

mentation à commutation électronique mettant en oeuvre

plusieurs principes selon l'invention et transmettant plu-

sieurs signaux de sortie, mais ne comprenant qu'un seul ensemble magnétique int6gré; et

la figure 10 est un schéma électrique d'une ali-

mentation à commutation électronique de type équilibré

selon l'invention.

La compréhension du fonctionnement général des alimentations commutées et l'étude de certains procédés mis en oeuvre selon l'invention sont utiles pour une meil-

leure compréhension de l'invention.

Les figures 1A et lB représentent deux types

d'alimentation connus à commutation électronique. Les fi-

gures ne représentent que les circuits de sortie de ces

alimentations, les circuits électroniques de commande desti-

nés à régler la fréquence de commutation et le coefficient

d'utilisation ayant été supprimés par raison de clarté.

La figure 1A représente une alimentation de type parallèle dans laquelle l'énergie redressée d'entrée est appliquée aux bornes d'entrée 10 puis à un condensateur

C1 d'un filtre d'entrée entre lesquelles apparait une ten-

sion continue d'entrée. Cette tension continue est appli-

quée aux bornes du circuit primaire du transformateur de

sortie T1 dont le primaire est monté en série avec le dis-

positif Q de commutation de puissance. Sur la figure, le

commutateur est représenté sous forme d'un commutateur mé-

canique; cependant, le commutateur est presque toujours un transistor de commutation de puissance. Le dispositif Q

de commutation est commandé par des circuits (non repré-

sentés) qui sont sensibles aux variations des tensions de ligne et de sortie afin que le paramètre de sortie (par

exemple la tension de sortie Vo garde le niveau régulé voulu.

L'alimentation a un circuit de sortie en courant continu destiné à transformer le courant commuté de sortie en un courant continu. Un exemple de circuit de sortie représenté met en oeuvre des diodes D1, D2 de redressement destinées à transmettre le courant redressé à la self L du filtre de sortie dans laquelle circule le courant filtré et redressé de sortie, vers les bornes de sortie. la tension

de sortie apparaît aux bornes du condensateur C2.

La figure lB représente un perfectionnement plus

récent du principe des alimentations commutées, la self uni-

que L de sortie étant remplacée par une self-ayant un pri-

maire L1 et un secondaire L2. Les enroulements L1 et L2

ont des polarisations telles que l'enroulement L2 corres-

ponde à la polarité de sortie lorsque le commutateur Q est ouvert. Une diode D3 est polaris6e en inverse lorsque le commutateur Q est ferm6 et le secondaire du transformateur T1 alimente la sortie. Ainsi, lorsque le commutateur Q est fermé, la tension induite dans l'enroulement de sortie L2 de la self a une polarité opposée à celle de la tension de sortie V0. Cependant, lorsque le commutateur Q s'ouvre,

l'enroulement L2 alimente la sortie.

Comme décrit précédemment, l'invention concerne notamment un ensemble magnétique qui combine les éléments de sortie formant le transformateur et la self, sur une

seule structure unitaire de noyau. Les figures 2 et 3 re-

présentent des alimentations commutées comprenant de tels

ensembles magn6tiques intégr6s.

L'alimentation de la figure 2 comporte un circuit classique 11 destiné à redresser le courant d'une source

d'un courant alternatif, appliqu6 aux bornes 10'. Ce cou-

rant redressé alimente un condensateur C1 d'un filtre d'entrée.

Comme représent6, le dispositif Q de commutation est un tran-

sistor à effet de champ dont la commutation est commandée par un signal appliqué à l'électrode de grille, de tels

signaux étant cr6éés par des circuits 13 de commande de com-

mutation. Les circuits 13 peuvent recevoir, comme signaux d'entrée, les tensions proportionnelles aux paramètres de réglage tels que la tension de ligne Ven et la tension de en sortie Vo. Le commutateur fonctionne à une fréquence élevée, c'est-à-dire une fréquence de commutation sup6rieure à 50 KHz et par exemple à 100 KHz. Selon l'invention, l'enroulement L1 de la self est physiquement associ6 au transformateur T1 afin qu'un ensemble magnétique 14 en une seule pièce soit

formé de la manière décrite dans la suite.

L'ensemble magn6tique de l'alimentation de la figure 2 comporte en outre un enroulement supplémentaire ou auxiliaire L1 qui coopère avec un circuit "accumulateur" constitué d'un condensateur C3 et d'une diode D4, le circuit

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accumulateur 6tant monté aux bornes du primaires 16 du transformateur. L'enroulement LI est monté en série avec la diode D5 entre le conducteur à une tension -V et la en connexion des composants C3, D4 et il fait partie de l'ensemble magnétique unitaire décrit dans le présent mémoire. Le trajet de shunt constitué par le condensateur C3 et la diode D4 est réalisé avec une taille qui lui permet

d'absorber l'énergie de l'inductance de fuite dans le cir-

cuit primaire du transformateur, et assure, avec l'enroule-

ment L1, le transfert de l'énergie tir6e du primaire du

transformateur vers la sortie, de la manière suivante. Lors-

que le commutateur à semi-conducteur Q commute à l'état non

conducteur, le courant commuté diminue rapidement avec aug-

mentation correspondante de la tension induite qui est à

attribuer essentiellement à l'inductance de fuite par rap-

port au primaire du circuit magn6tique. La diode D4 du cir-

cuit accumulateur forme un trajet de circulation du courant dans le primaire vers le condensateur C3 de charge, avec la polarité représentée. La diode D4 empêche la circulation du courant dans l'autre sens, depuis l'entrée de courant continu. Pendant le reste du cycle du courant commuté, le

commutateur Q est fermé. Ceci permet la décharge du conden-

sateur C3 par l'intermédiaire de la diode D5 et de l'enrou-

lement auxiliaire L1, si bien qu'une tension ayant la po-

larit6 indiquée est induite. Une tension est ainsi induite dans le secondaire L2 de la self, à la sortie en courant continu, si bien que le courant (et l'énergie) peuvent être transférés de l'enroulement L2 aux bornes de sortie 12'. En conséquence, l'énergie piégée dans le primaire du transformateur est transférée au noyau de la self et ainsi au secondaire du circuit magnétique. Ce transfert a lieu avant l'élévation principale de la tension de sortie dans

le secondaire 17 du transformateur.

Il faut noter que l'enroulement auxiliaire L1 est un composant de l'ensemble magnétique intégré 14, sous sa forme préférée. L'invention représent6e sur la figure 2 recouvre aussi cependant, le cas dans lequel le circuit comporte une self indépendante physiquement et magn6tiquement, c'est-à-dire que, dans ce cas, les enroulements L1, L2 de la self sont enroulés sur le noyau magnétique qui n'est

pas associé à celui du transformateur Tl.

On se réfère maintenant aux figures 4 et 5 qui représentent un exemple d'ensemble magnétique 14 qui comporte un trongon 15 de noyau magnétique de transformateur ayant une configuration en E comprenant des branches 15a, 15b et c, ce tronçon de noyau faisant partie d'un trajet fermé de circulation du flux magnétique reliant le primaire et le secondaire 16, 17 du transformateur. Des connexions sont formées avec le transformateur par l'intermédiaire des fils

16a du primaire et des fils 17a du secondaire.

L'ensemble magnétique comporte aussi une self comprenant deux tronçons complémentaires 19, 25 de noyau

magnétique de self ayant une forme en E, comprenant des bran-

ches 19a- 19c et 25a-25c respectivement et une partie de

base 19d, 25d. Bien que les tronçons de noyau soient repré-

sentés avec une configuration géométrique en E, d'autres

formes classiques de noyau peuvent être utilisées. Les tron-

gons de noyau magnétique de la self font partie ensemble d'au moins un trajet fermé de circulation du flux magnétique. Au niveau de la ligne de raccordement des branches des deux tronçons en E, un mince séparateur 28 de papier forme un entrefer étroit destiné à empêcher la saturation du noyau

par le flux créé par le courant continu consommé. Un enrou-

lement L2 de self est placé sur la branche centrale 25b/19b et est destiné à être raccordé au circuit de sortie afin que le courant de sortie soit transmis aux bornes 12' de l'alimentation. L'enroulement L2 de la self se termine à des fils 20a qui, comme l'indique la figure 4, ont une dimension suffisante pour que les pertes d'énergie soient minimales. L'ensemble magnétique représenté sur la figure 4

comporte en outre un ou plusieurs enroulements supplémentai-

res de self destinés à être utilisés dans les circuits

du type représenté sur les figures 2, 3, 7 et 8. Plus pré-

cisément, l'enroulement L1 ayant les fils 22a est enroulé

sur la même branche du noyau et est ainsi couplé magnétique-

ment à l'enroulement L2. Un enroulement supplémentaire L3 utilisé dans les circuits des figures 3 et 8 et dont la fonction est décrite un peu plus loin, est aussi enroulé sur la branche centrale du noyau et se termine par des

fils 24a d'alimentation. Ainsi, dans le cas d'une alimen-

tation à une seule sortie, la self peut comprendre au total

deux ou trois enroulements qui sont tous couplés magnétique-

ment alors que le transformateur est constitué au moins des deux enroulements classiques augmentés d'un enroulement

auxiliaire de transformateur dans le cas des configura-

tions de circuit représentées sur les figures 3 et 8. Evi-

demment, dans le cas d'une alimentation à plusieurs sorties,

les enroulements supplémentaires de self et de transforma-

teur sont incorporés.

Comme représenté sur la figure 5, le segment magnétique commun de base 25d du tronçon 25 de noyau coopère avec le tronçon 15 de noyau du transformateur à la formation

d'une structure physique unitaire du noyau. Ce segment com-

mun 25d de noyau ferme tous les trajets du flux magnétique du transformateur et de la self et transmet donc le flux magnétique dû au courant circulant dans les enroulements du transformateur et de la self. Les enroulements sont de

préférence polarisés électriquement de manière que les com-

posantes alternatives des flux magnétiques du transforma-

teur et de la self, comme schématiquement représenté sur la

figure 5, aient des polarités opposées dans le segment com-

mun de noyau magnétique et se soustraient donc. De cette

manière, la section de l'organe 25d du noyau peut rester mi-

nimale et, comme une partie de la masse magnétique du noyau est partagée par le transformateur et la self, la dimension

et la masse globales de l'ensemble sont réduites. En consé-

quence, une alimentation commutée comprenant l'ensemble magnétique selon l'invention a à la fois une dimension réduite et, étant donné la structure magnétique commune,

un coût de fabrication réduit.

On reconnaît la courbe familière du graphique B/H sur la figure 6. La configuration de cette boucle est caractéristique des matériaux des noyaux, dans ce cas un matériau à base de ferrite étant donné la nécessit6 du

travail à des fréquences 1élev6es de commutation. Cepen-

dant, comme la tension créée dans le transformateur à la suite du courant commuté du primaire est proportionnelle à la fr6quence, l'excursion du flux BAC n6cessaire à la commande du transformateur est nettement inférieure à celle qui serait nécessaire aux faibles fréquences. La plage de travail du transformateur peut donc être limitée à la zone hachurée repr6sent6e sur la figure 6. De cette manière, le noyau magnétique peut transmettre un flux supplémentaire sans parvenir à saturation et, selon l'invention, cette capacité est utilisée pour le passage du flux magn6tique de la self. Le noyau magn6tique peut ainsi être command6 dans la limite de BMAX, avec superposition du flux continu de la self et du flux alternatif du transformateur dans le

segment du noyau magnétique. En d'autres termes, l'intégra-

tion de la self et du transformateur ne provoque pas une augmentation de la masse du noyau et permet au contraire une compression de ces deux composants magnétiques en une seule structure unitaire ayant une masse et une dimension

réduites au total.

On considère maintenant une autre alimentation

commutée selon l'invention représent6e sur la figure 3.

Comme dans le circuit de la figure 2, le circuit de la

figure 3 comporte un redresseur 11 d'entrée, un condensa-

teur C1 de filtrage et des circuits 13 de commande de com-

mutation destin6s à manoeuvrer le commutateur Q de sortie (un transistor à effet de champ) avec une fr6quence de

commutation supérieure à 50 KHz. Le dispositif Q de commu-

tation est monté en série avec le primaire 16 du transfor-

mateur ainsi qu'avec un primaire L3 de la self. Le secon-

daire 17 du transformateur est connecté de manière classi-

que afin qu'il transmette le courant de sortie par l'inter-

m6diaire d'un redresseur D1 au condensateur C2 de filtrage de sortie aux bornes duquel apparaît la tension de sortie

V. Les enroulements L1-L3 de la self sont couplés magnétique-

o ment et polarisés comme representé, si bien que la tension

induite dans l'enroulement L2 provoque la mise à l'état con-

ducteur de la diode D3 lorsque la diode D1 ne conduit pas.

Le secondaire 17 du transformateur et l'enroulement L2 de sortie de la self transmettent ainsi le courant de sortie aux bornes de sortie de l'alimentation pendant des parties

alternées du cycle du courant commuté. Les éléments magnéti-

ques du circuit de sortie sont incorporés à un ensemble ma-

gnétique intégré 14a.

Lors du fonctionnement, lorsque le dispositif Q de commutation passe à l'état ouvert, le courant commuté

dans les primaires des circuits magnétiques subit une ré-

duction rapide. Ceci inverse la polarité des tensions in-

duites dans les primaires 16 et L3. Comme décrit en référen-

ce à la figure 2, un circuit "accumulateur" est incorporé afin qu'il absorbe l'énergie provenant du côté du primaire du circuit magnétique afin que l'amplitude de la tension

induite du côté du primaire du circuit magnétique soit li-

mitée. Ainsi, le circuit série formé du condensateur C3 et

de la diode D4 est connecté aux bornes du primaire du cir-

cuit magnétique, qui, dans ce cas, comprend les enroulements 16 et L3. Ainsi, lorsque le commutateur Q s'ouvre, un autre

trajet de circulation du courant est établi par l'intermé-

diaire du condensateur C3 et de la diode D3 et permet à

l'énergie contenue dans les circuits magnétiques d'être trans-

férée au condensateur C3 et accumulée dans celui-ci. Le con-

densateur C3 se charge avec la polarité indiquée pendant ce

segment du cycle du courant commuté.

* Lorsque le dispositif Q de commutation revient à l'état fermé, la polarité de la tension primaire induite s'inverse à nouveau. La fermeture du commutateur Q crée un trajet de décharge pour le condensateur C3, à travers la diode D5 et l'enroulement auxiliaire L1, ce dernier étant monté entre l'entrée à la tension -Ve et la diode D4. Ce courant de décharge circulant dans l'enroulement L1 augmente

l'énergie du noyau déjà présente dans le noyau de la self.

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Les tensions induites dans les enroulements L1, L3 pendant la conduction du commutateur ont la même polarité et ont pour effet d'accumuler de l'énergie dans le noyau de la self. Cette énergie magnétique accumulée est transmise au circuit de sortie lorsque le commutateur Q s'ouvre. En d'autres termes, pendant le segment du cycle du courant commuté dans lequel le commutateur Q conduit, la tension induite dans la self L2 est arrêtée par la diode D3 et

ne peut pas apparaître aux bornes de sortie. Après ouver-

ture du commutateur Q, la tension induite dans l'enroule-

ment L2 est inversée et met la diode D3 à l'état conduc-

teur dès que la tension induite dépasse la tension aux bor-

nes du condensateur C2. L'énergie conservée dans le noyau

inductif est donc transférée à la sortie.

Il est manifeste, d'après la description qui

précède, que le circuit de la figure 3 a pour double rôle de limiter la tension induite dans le circuit magnétique

primaire et d'accumuler et de transférer l'énergie magné-

tique primaire vers la sortie de l'alimentation. Ceci dif-

fère de certains circuits connus dans lesquels l'énergie

piégée dans les circuits magnétiques primaires est dissi-

pée volontairement dans un ou plusieurs éléments résistifs. Lors de l'utilisation de cette approche, l'énergie dissipée

ne représente rien d'autre que de l'énergie perdue et s'ac-

compagne du dégagement indésirable de chaleur dans le châs-

sis de l'alimentation. Selon l'invention, l'enroulement auxiliaire du noyau de la self transfère l'énergie piégée du côté du primaire du circuit magnétique vers le circuit de sortie en courant continu. Il s'agit essentiellement

d'un transfert sans perte d'énergie utile.

Les figures 7 et 8 représentent d'autres modes

de réalisation mettant en oeuvre les principes décrits pré-

cédemment. Le circuit de la figure 7 met en oeuvre un troi-

sième enroulement auxiliaire 30 formé sur le noyau magnéti-

que du transformateur T1. Il faut noter que ce circuit utilise une self séparée L dans le circuit de sortie en courant continu. Cependant, cette self peut faire partie

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de la structure magnétique intégrée 14b en une seule pièce

réalisée comme décrit précédemment, avec un segment com-

mun de noyau magnétique.

Une caractéristique distinctive du circuit de la figure 7 est que l'énergie accumulée reçue par l'enrou-

lement auxiliaire 30 à partir du condensateur C3 du cir-

cuit accumulateur, est couplée magnétiquement au secondai-

re 17 du transformateur T1. L'énergie accumulée est ainsi utilisée pour l'alimentation du secondaire 17. A cet effet, l'enroulement auxiliaire 30 a une polarité telle que la

tension induite dans le secondaire 17 a la polarité de sor-

tie lorsque le commutateur Q se ferme et lorsque le courant circule à l'intérieur à.partir du condensateur C3. Comme

dans le cas des circuits des figures 2 et 3, le condensa-

teur C3 est chargé lorsque le commutateur Q s'ouvre et la tension induite dans le primaire 16 s'inverse. Une diode

D4 à conduction unidirectionnelle assure la charge du con-

densateur accumulateur C3 uniquement après réduction du

courant commuté, c'est-à-dire uniquement lorsque le commu-

tateur Q s'ouvre. L'énergie conservée dans le circuit ac-

cumulateur est ainsi transférée au circuit de sortie dans

le segment initial de conduction du courant commuté.

Le circuit de la figure 8 met en oeuvre une combinaison de tous les principes décrits précédemment. Plus précisément, il met en oeuvre un ensemble magnétique intégré unique 14 ayant des enroulements primaires et secondaires de transformateur, des enroulements primaires et secondaires de self et des enroulements auxiliaires 30, L1 à la fois pour le transformateur et la self respectivement. Les deux enroulements auxiliaires sont montés en série et tous deux reçoivent un courant du condensateur C3 d'accumulation après

fermeture du commutateur Q. Il faut remarquer que la capa-

cité du condensateur C3 est choisie afin que l'énergie de l'inductance de fuite du circuit magnétique principal soit absorbée, ce circuit comprenant l'inductance de fuite de

sortie telle qu'elle apparaît du côté du primaire du cir-

cuit magnétique.

Lors du fonctionnement, les enroulements auxiliai-

res de la figure 8 induisent efficacement des tensions ayant la polarité de sortie dans les enroulements de sortie du transformateur et de la self pendant des parties alternées du cycle du courant commut6. Ainsi, une tension ayant la polarité de sortie est induite dans le secondaire 17 du transformateur après la fermeture du commutateur Q et

circulation du courant accumulé dans l'enroulement auxiliai-

re 30. Pendant cette p6riode, la tension induite dans l'en-

roulement L2 de sortie de la self a une polarité oppos6e et

l'enroulement L2 ne transfère donc aucune énergie à la char-

ge à ce moment. Cependant, la tension induite dans l'enrou-

lement L2 correspond à la polarit6 de la sortie lorsque le commutateur Q sJouvre à nouveau, et l'enroulement L2 est

alors capable de transmettre un courant aux bornes de sortie.

De cette manière, un transfert d'6nergie a lieu à partir de chaque enroulement auxiliaire vers l'un des enroulements de sortie pendant des parties alternées du cycle du courant commute. Le circuit d'alimentation de la figure 9 met en oeuvre plusieurs des principes pr6cités de la configuration à plusieurs sorties. Ce circuit a un fonctionnement analogue à celui de la figure 3, mais il a trois sorties sépar6es transmettant des tensions. Par raison de commodit6, des références identiques ont ét6 utilis6es pour les composants

correspondant à ceux du mode de r6alisation de la figure 3.

De préférence, tous les éléments magnétiques sont contenus dans un ensemble magn6tique intégré 14d comme repr6senté, ayant la configuration générale représentée sur les figures 4 et 5, les tronçons de noyau associés aux enroulements de sortie de la self L1-L3 et du transformateur T1 formant

une structure unitaire contenant un segment commun de noyau.

Comme le circuit de la figure 9 fonctionne d'après le même principe que celui de la figure 3, la

description de la figure 3 peut être considérée pour l'ex-

plication du fonctionnement des éléments. Les additions importantes présentées sur la figure 9 sont la pluralit6 d'enroulements indépendants 171, 172, 173 de sortie du transformateur et la pluralité correspondante d'enroulements

de sortie L21, L22, L23 de la self. Chaque jeu d'enroule-

ments de sortie est piloté par un seul primaire 16, L3.

De même, l'enroulement auxiliaire unique L1 excite les

trois enroulements de sortie de la self de la manière dé-

crite précédemment en référence à la figure 3.

Le circuit de la figure 10 est une alimentation commutée de type équilibré selon l'invention. Cette figure

représente un exemple de configuration équilibrée d'ali-

mentation correspondant à la configuration parallèle de

la figure 3. Il comprend ainsi une self ayant des enrou-

lements primaires et secondaires L3, L2 et un enroulement

auxiliaire L1.-Le transformateur de sortie a des enroule-

ments primaires et secondaires 16a, 17a à prise centrale, chaque enroulement primaire étant monté en série avec

l'un de deux commutateurs électroniques Q1, Q2 qui condui-

sent en alternance. Le condensateur C3 constitue le dispo-

sitif d'accumulation. d'énergie du circuit accumulateur, les diodes Dla, Dlb, D3, D4a, D5a, D5b ayant toutes les

mêmes fonctions que les diodes portant des références cor-

respondantes sur la figure 3. Les diodes D6a, D6b empê-

chent la conduction en inverse des commutateurs sous l'ac-

tion des tensions induites dans les enroulements primaires

du transformateur.

Lors du fonctionnement, après conduction d'un commutateur, le courant circule de la borne positive du condensateur C1 dans le circuit magnétique principal L3, 16a, dans la diode D6a ou D-b et dans le commutateur Q1 ou Q2 vers la borne négative du condensateur C1. Lorsque l'un ou l'autre des commutateurs s'ouvre, l'énergie de l'inductance de fuite induit une tension dans le primaire 16a et charge le condensateur C3 à travers l'une des diodes D4a et D'b. Lorsque l'autre commutateur se ferme (dans le demi-cycle suivant), le condensateur C3 se décharge dans l'enroulement auxiliaire L1 et la diode D5a ou DSb suivant le commutateur qui conduit. Ceci provoque le transfert d'énergie du condensateur C3 au circuit de sortie étant donné la tension correspondante induite dans l'enroulement

L2 de sortie de la self.

Comme indiqué précédemment, les enroulements magnétiques du circuit de sortie sont de préférence con- tenus dans une structure magnétique unitaire 14e ayant

la structure générale de noyaux représentés sur les fi-

gures 4 et 5.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représenté qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. par exemple, l'ensemble magnétique intégré

est représenté-avec une forme, une dimension et une dis-

position relative particulières de noyau, mais la confi-

guration du noyau peut être modifiée en fonction des pa-

ramètres nominaux dépendant de l'application finale. En

outre, le principe de l'utilisation d'un enroulement au-

xiliaire de self afin que l'énergie soit conservée et

transférée au circuit de sortie ne dépend pas de l'ensem-

ble magnétique intégré particulier qui est représenté.

Dans cet aspect de l'invention, bien qu'il soit préférable d'utiliser un ensemble magnétique intégré, des composants séparés formant un transformateur et une self peuvent être

utilisés.

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Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Ensemble magnétique intégré destiné à être utilisé dans le circuit de sortie en courant continu d'une alimentation à commutation électronique, caractérisé en ce qu'il comprend

un transformateur (T1) ayant au moins un pri-

maire (16) destiné à être excité par le courant commuté de sortie principale de l'alimentation, au moins un secondaire (17) destiné à transmettre un courant de sortie au circuit

de sortie, et un tronçon (15b) de noyau magnétique de trans-

formateur faisant partie d'un trajet fermé de circulation de flux magnétique reliant le primaire et le secondaire, et une self comprenant un tronçon (25b) de noyau magnétique faisant partie d'un trajet fermé de circulation de flux magnétique, et un enroulement (L2) de self monté

sur le tronçon de noyau de self, et destinée à être con-

nectée afin qu'elle transmette le courant de sortie au circuit de sortie de l'alimentation, caractérisé en ce qu'un segment commun (25d) de noyau magnétique est raccordé aux tronçons de noyau du

transformateur et de la self, afin qu'une structure unitai-

re de noyau soit formée, ledit segment commun (25d) fermant chacun des flux de circulation du trajet magnétique pour le transformateur et pour la self et transmettant ainsi un flux magnétique dû aux courants dans les enroulements de la self

et du transformateur principal.

2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un enroulement auxiliaire

(L1) monté sur le tronçon de noyau de self et couplé ma-

gnétiquement à l'enroulement de self (L2), l'enroulement auxiliaire (L1) étant destiné à transférer de l'énergie aux tronçons de noyau de self pendant une partie du cycle

du courant commuté.

3. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé

en ce que l'une au moins des dimensions transversales cor-

respondantes en coupe des tronçons de noyau (15b, 25b) du transformateur et de la self, est pratiquement la même

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pour les deux tronçons de noyau.

4. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tronçons de noyau (15b, 25b) sont formés d'un matériau à base de ferrite, le transformateur étant destiné à fonctionner à des fréquences de commutation dé-

passant 50 kHz sans perte excessive d'énergie magnétique.

5. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un second enroulement auxiliaire (30) bobiné sur le tronçon de noyau magnétique du transformateur et couplé magnétiquement au secondaire (17),

le second enroulement auxiliaire (30) étant des-

tiné à être monté en série avec l'enroulement auxiliaire de la self et étant polarisé de manière qu'il transfère de l'énergie au secondaire pendant la partie du cycle du courant commuté dans laquelle le courant circule dans le

primaire du transformateur.

6. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un commutateur électronique

(Q) et en ce que le primaire (16) en série avec le commuta-

teur est excité par le courant commuté, et le secondaire (17) est connecté au circuit de sortie en courant continu afin qu'il transmette le courant commuté à celui-ci lorsque

le commutateur est fermé.

7. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de commutation (Q) destiné à régler le coefficient d'utilisation du courant

commuté de sortie.

8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'elle comprend en outre au moins un enroulement auxiliaire (L1) placé sur l'un des tronçons de noyau magnétique, et

un dispositif connecté au primaire du transfor-

mateur et destiné à accumuler de l'énergie qui en provient lorsque la tension induite a une première polarité, et à

transférer cette énergie à l'enroulement auxiliaire lors-

que la tension induite a la polarité opposée,

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l'enroulement auxiliaire (L1) assurant l'induc-

tion d'une tension ayant la polarité de sortie dans l'en-

roulement de sortie monté sur l'un des tronçons de noyau

magnétique pendant une partie du cycle du courant commuté.

9. Ensemble selon l'une quelconque des reven- dications 1, 2, 4 et 5, destiné à être utilisé dans un

circuit à plusieurs sorties, caractérisé en ce qu'il com-

prend au moins un secondaire supplémentaire (171-173)

monté sur le tronçon de noyau magnétique de transforma-

teur et couplé magnétiquement à son primaire, et au moins un enroulement supplémentaire de self (L21-L23) monté sur le tronçon de noyau magnétique de la

self et sensible au flux magnétique qui y circule.

10. Ensemble selon l'une quelconque des revendi-

cations 6, 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre

au moins un secondaire supplémentaire de trans-

formateur (171-173) monté sur le tronçon de noyau magné-

tique du transformateur et sensible magnétiquement au flux qui y circule, et au moins un enroulement supplémentaire de self (L21-L23) monté sur le tronçon de noyau magnétique de self et sensible magnétiquement au flux qui y circule, des enroulements supplémentaires étant destinés

à être raccordés à des circuits à plusieurs sorties comman-

dant des charges électriques séparées.

11. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé par une configuration équilibrée comprenant deux dispositifs électroniques de commutation (Q1' Q2) destinés à conduire en alternance et comportant un circuit accumulateur (C3, D4a, D4b) monté entre les segments à prise centrale du primaire

du transformateur et destiné à accumuler de l'énergie pro-

venant du segment respectif du primaire après la fin de

la conduction du commutateur associé et à transférer l'éner-

gie accumulée à l'enroulement auxiliaire lors de la conduc-

tion de l'autre des commutateurs.