FR2598867A1 - Generateur d'impulsion de courant - Google Patents
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Abstract
LE GENERATEUR COMPORTE UNE SOURCE D'ALIMENTATION 10, UNE SOURCE D'ENERGIE INITIALE 24, UN APPAREIL D'EMMAGASINAGE D'ENERGIE 16, UN DISPOSITIF SATURABLE 22 ASSOCIE AVEC LA SOURCE ET L'APPAREIL D'EMMAGASINAGE D'ENERGIE ET UN COMMUTATEUR 14 QUI DETERMINE LA DUREE D'UNE PERIODE DE CHARGE EN CONNECTANT LA SOURCE D'ALIMENTATION EXTERIEURE AU GENERATEUR. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A DES MODULATEURS D'IMPULSIONS A HAUTE TENSION.
Description
La présente invention se rapporte aux modulateurs d'impulsions et concerne
plus particulièrement
des modulateurs d'impulsions qui produisent des impulsions de courant.
Des modulateurs d'impulsions sont connus, utilisant des dispositifs d'emmagasinage d'énergie en tant que partie d'un réseau de formation d'impulsions pour emmagasiner de l'énergie pendant un cycle de charge, l'énergie emmagasinée étant libérée pendant un cycle de
décharge et dissipée dans une charge en utilisant un dispositif de commutation.
Un modulateur d'impulsions connu, utilisé pour obtenir des impulsions rectangulaires à haute tension comme celles utilisées dans des émetteurs radar 15 est un pulseur du type en ligne, ou umodulateur à tube mou". Dans les dispositifs de ce genre, le réseau de formation d'impulsions consiste en une série de capacités
et d'impédancoeconcentr6es dont l'effet dominant est celui d'une capacité pendant le cycle de charge. Toute l'éner20 gie emmagasinée dans le réseau de formation d'impulsions est dissipée lorsque le réseau est amorti par la charge à la fermeture du commutateur électronique pulseur, comme un thyratron ou un redresseur au silicium commandé.
Les problèmes posés par ce type de modulateur d'impul25 sions sont qu'il est impossible de changer la durée des
impulsions d'une impulsion à l'autre, qu'il est nécessaire d'utiliser une source d'alimentation à haute tension et qu'une adaptation d'impédance de la charge est nécessaire dans de nombreux cas.
Dans des systèmes de modulateurs d'impulsions, lorsqu'une bobine d'inductance est le dispositif d'emmagasinage d'énergie utilisé dans le réseau de formation d'impulsions, l'emmagasinage et la dissipation de l'énergie dans la bobine sont déterminées par la crois35 sance et la décroissance exponentielle correspondante du courant qui y circule. La constante de temps du circuit détermine la durée des impulsions pendant laquelle toute l'énergie emmagasinée est dissipée. Etant donné que la constante de temps ne change pas, si un temps de charge plus court est utilisé, le résultat nécessaire est une limitation de l'amplitude du courant disponible pour la charge. Dans certaines applications, cela peut poser
un problème car il est impossible de maintenir une amplitude constante des impulsions.
Par exemple, dans le cas d'un système d'allumage de véhicule lorsqu'une bobine d'induction est utilisée pour emmagasiner de l'énergie, une plus grande fréquence des impulsions résulte d'une vitesse accrue du moteur. Un effet indésirable est que la quantité d'é15 nergie emmagasinée disponible pour l'allumage diminue ce qui peut nuire aux performances car l'intervalle des bougies s'encrasse et de plus grandes amplitudes des impulsions sont nécessaires pour assurer la production des éttncelles. Un autre type de modulateur d'impulsions utilisé pour obtenir des impulsions rectangulaires à haute tension est un "modulateur à tube dur". Dans ce type de modulateur, un condensateur de forte capacité dans lequel de l'énergie a été emmagasinée est partiellement 25 déchargé dans la charge par un commutateur à vide à haute tension (triode à impulsions).-Dans ce modulateur, il est possible de changer la durée des impulsions mais,
en raison de la forte capacité nécessaire, le poids est augmenté considérablement. En outre, étant donné la hau30 te impédance du commutateur à vide, le rendement est faible.
Il serait donc souhaitable de disposer d'un générateur d'impulsions de courant dans lequel la
durée des impulsions est variable d'une impulsion à l'au35 tre et permettant d'obtenir une fréquence élevée des im-
pulsions avec un haut rendement et peu ou pas de changement d'amplitude de sortie sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une source d'alimentation à haute tension ou
d'adapter l'impédance.
Un objet essentiel de l'invention est donc de pallier les inconvénients précités et de proposer un générateur d'impulsions de courant de bon rendement et permettant d'obtenir une fréquence élevée des
impulsions sans changer l'amplitude pratiquement cons10 tante tout en permettant une durée variable des impulsions de courant produites.
L'invention concerne donc un générateur d'impulsions de courant qui, pendant une période de charge, reçoit de l'énergie d'une source d'alimentation exté15 rieure et qui délivre une impulsion de courant pratiquement constante de durée variable à une charge connectée pendant une période de décharge, ce générateur comportant: une source produisant l'énergie initiale; un appareil d'emmagasinage d'énergie; un dispositif saturable asso20 cié en fonctionnement avec la source et l'appareil d'emmagasinage d'énergie pour diriger l'énergie initiale afin qu'elle soit emmagasinée dans l'appareil d'emmagasinage d'énergie pendant un état de saturation avant la période de charge; et un commutateur ayant pour fonction 25 de déterminer la durée de la période de charge en connectant la source d'alimentation extérieure au générateur; de manière que pendant la durée de la période de charge, le dispositif saturable sorte de l'état de saturation et que de l'énergie supplémentaire s'accumule dans l'appa30 reil d'emmagasinage d'énergie au-dessus du niveau de l'énergie initiale emmagasinée, l'énergie supplémentaire produisant une impulsion de courant à la dissipation dans la charge pendant la période de décharge commençant à la fin de la période de charge, le dispositif saturable re35 venant automatiquement à l'état de saturation au moment
ou cesse la dissipation d'énergie supplémentaire et l'impulsion de courant pouvant être répétée avec une durée variable en fonction du fonctionnement du commutateur.
Une caractéristique de l'invention rési5 de dans l'utilisation d'une bobine d'inductam e'comme appareil d'emmagasinage d'énergie dans lequel est maintenue constamment une quantité d'énergie initiale non nulle. La source d'alimentation extérieure ajoute à l'énergie initiale par l'accumulation d'énergie supplémentaire emma10 gasinée pendant la période de charge et d'une façon contrôlée, cette énergie supplémentaire étant libérée pour être dissipée dans la charge immédiatement après, dans
une période de décharge.
Dans un mode de réalisation de l'inven15 tion, une bobine de réactance saturable est utilisée comme dispositif saturable pour diriger automatiquement un courant de polarisation par la bobine d'inductance et pour maintenir l'énergie initiale emmagasinée entre des impulsions de courant. La bobine de réactance saturable 20 se comporte comme un commutateur automatique rapide qui
connecte la source à la bobine d'inductance quand la dissipation d'énergie supplémentaire cesse.
Une autre caractéristique de l'invention réside dans l'utilisation d'une faible source d'alimen25 tation comme source produisant le niveau d'énergie initiale et qui polarise la bobine de réactance saturable.
Une autre caractéristique de l'invention réside dans l'utilisation d'un dispositif de commutation électronique comme commutateur réagissant à une impul30 sion de commande pour établir la durée de la période de charge.
Dans un autre mode de réalisation, un transformateur saturable est utilisé au lieu de la bobine de réactance saturable.
Dans un autre mode encore de réalisation
de l'invention, un autotransformateur saturable est utilisé en place de la bobine de réactance saturable.
Le générateur d'impulsions de courant de l'invention convient pour une large variété d'appli5 cations comme des émetteurs radar, des systèmes de navigation et des appareils médicaux comme un stimulateur lorsqu'une haute résolution d'intervalles de temps est nécessaire. D'autres applications comprennent le soudage par points de précision lorsqu'une quantité particuliè10 re d'énergie doit être dissipée rapidement ou des applications dans lesquelles une sortie à haute tension est imposée.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description 15 qui va suivre.
Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatif: la figure 1 est un schéma d'un mode préféré de réalisation de réalisation d'un générateur d'im20 pulsions de courant selon la présente invention, la figure 2 est un groupe de formes d'ondes de fonctionnement du circuit de la figure 1, la figure 3 est un schéma d'un autre mode de réalisation dans lequel un transformateur satura25 ble remplace la bobine de réactance saturable de la figure 1, et
la figure 4 représente un autre mode de réalisations de l'invention dans lequel un autotransformateur saturable remplace la bobine de réactance sa30 turable de la figure 1.
La figure 1 est donc un schéma d'un mode de préféré de réalisation d'un générateur d'impulsions de courant selon l'invention. Ce circuit comporte des composants électroniques conventionnels, généralement dis35 ponibles qui sont connectés d'une nouvelle manièreérit
crit ci-après.
Une source de tension 10 avec la polarité indiquée forme l'entrée d'une boucle de charge 12 comprenant un commutateur électronique 14 et une bobine d'inductance linéaire 16 en série. Le commutateur électronique 14 est un dispositif a action rapide comme un transistor à effet de champ qui peut être commandé par une impulsion de commande appliquée entre sa grille et sa source 18 et 20. Le commutateur électronique 14 peut aussi être un tube triode à vide connecté de façon appropriée. La bobine d'inductance 16 est un dispositif à noyau ferromagnétique standard d'une inductance L et elle est connectée de manière à fermer la boucle de charge 12
- à la source de tension 10.
La bobine d'inductance 16estorúbenparlle àdex brandxes individuelles contenant chacune des coi.posants destinés à fonctionner avec le réseau de charge 12 pendant des phases différentes du fonctionnement du générateur d'impulsions de courant. La première de ces 20 branches contient une bobine de réactance saturable 22
en série avec une source de basse tension 24 ayant la polarité indiquée.
La source à basse tension 24 est utilisée pour créer un niveau initial d'énergie non nulle dans 25 la bobine d'inductance 16 tout en établissant l'état de saturation dans la bobine de réactance saturable 22. Un courant de polarisation Ib est fourni par une résistance 26 représentant une valeur équivalente Re qui comprend la résistance de la bobine d'inductance 16 et celle de la réac30 tance saturable 22. La tension Eb délivrée par la source à basse tension 24 est très inférieure à la tension E de la source de tension 10. La bobine de réactance saturable 22 est d'un type connu comprenant un noyau en un matériau
magnétique ayant une très haute perméabilité et qui pré35 sente une caractéristique de fonctionnement en boucle car-
rée. La seconde branche du circuit en parallèle avec la bobine d'inductance 16 est une boucle de décharge 28 comprenant une diode 30 et une impédance de charge 32 en série. L'impédance de charge 32 est la résistance présentée par une charge utile, comme un magnétron, une diode INPATT ou autre dispositif d'émission. La diode est d'un type à semiconducteur ou à tube à vide conventionnel et l'impédance de charge 32 présente une ré10 sistance RL par laquelle circulent les impulsions de courant j2 produites pendant une partie du fonctionnement du générateur d'impulsions de courant comme cela sera décrit
plus en détail ci-après.
Dans un mode de réalisation, les compo15 sants du circuit de la figure I sont choisis avec les caractéristiques suivantes: pour la source de tension 10, E=25 V; le commutateur électronique 14 est un transistor à effet de champ du type 2N 6760; la bobine d'inductance 16 est d'un type à noyau T5026B avec trente spires; la 20 bobine de réactance saturable 22 est d'un type à noyau 3T9120D500AA avec six spires; la source à basse tension 24 délivre Eb = 1V; la résistance 26 a une valeur équivalente Re=0,25 ohm, la diode 30 est d'un type 1N5823;
et la charge 32 a une résistance RL= 25 ohms.
En utilisation, le générateur d'impulsions de courant fonctionne en deux phases; la première est une accumulation d'énergie pendant une pïriode de charge dans laquelle la bobine d'inductance 16 se comporte comme un dispositif d'emmagasinage d'énergie et la 30 seconde est la production de l'impulsion de courant dans la charge 32 pendant une période de décharge dans laquelle la bobine d'inductance 16 se comporte comme une source de courant. La bobine de réactance saturable 22 remplit la fonction d'un commutateur automatique rapide 35 maintenant le niveau initial d'énergie du dispositif
d'emmagasinage d'énergie au début et à la fin du fonctionnement en deux phases tandis que le commutateur électronique 14 permet la commande de la première phase du fonctionnement.
Dans le fonctionnement initial du générateur d'impulsions de courant, aucun courant ne circule dans la boucle de charge 12 car le commutateur électronique 14 est bloqué, aucune impulsion de commande Vg n'ayant encore été appliquée entre sa grille et sa source 18 et 10 20. Mais la source à basse tension 24 produit un courant de polarisation Ib comme courant ii de la bobine d'inductance 16, équivalent initialement à: iL = lb = Eb/Re (1) Le noyau magnétique de la bobine de réac15 tance saturable 22 est établi initialement de manière qu'il passe à l'état de saturation négative sous l'effet du courant de polarisation Ib de sorte que son induction a pour valeur -Bs. Comme cela est bien connu en ce qui concerne les caractéristiques de fonctionnement d'une bo20 bine de réactance saturable, une faible impédance au passage du courant est présentée dans l'état de saturation, qu'elle soit positive ou négative. Ainsi, le courant de polarisation Ib produit une faible tension positive aux bornes de la résistance active de la bobine d'inductance 25 16 et la diode 30 est polarisée en opposition de sorte
qu'aucun courant ne circule dans la charge 32 et quei 2=0.
Comme cela a été indiqué, le courant de polarisation Ib qui circule par la booine de réaction saturable 22 est le courant initial ji. de la bobine d'in30 ductance 16 ce qui établit un niveau initial d'emmagasinage d'énergie non nulle dans la bobine d'inductance, représenté par: Wi - 0, 5L (Ibi2 (2) La première phase du fonctionnement est 35 maintenant déclenchée par l'application d'un impulsion de commande Vg entre la grille et la source 18 et 20 du commutateur électronique 14 de sorte que ce dernier devient conducteur et connecte donc la source de tension aux bornes de la bobine d'inductance 16 et aux bornes des deux branches de circuit connectées en parallèle, comprenant respectivement la bobine de réactance saturable 22 et la charge 32. Le commutateur 14 ne produit qu'une chute de tension négligeable de sorte que pratiquement toute la tension E est appliquée à la bobine d'inductance 10 16 et VL=E. La bobine de réactance saturable 22 reçoit également une tension E qui est très supérieure à la tension Eb. La diode 30 reste polarisée en opposition de
sorte que le courant i2 reste nul.
Lorsque l'impulsion de commande Vg est 15 déclenchée, la bobine de réactance saturable 22 se comporte comme un commutateur automatique rapide et réagit à la tension E qui lui est appliquée en sortan rapidement de l'état de saturation négative -Bs. Ce faisant, les caractéristiques de fonctionnement de la bobine de réactance saturable 22 imposent qu'elle présente au courant une haute impédance, déconnectant ainsi virtuellement la source à basse tension 24 de la bobine d'inductance 16. Pendant tout le temps o l'impulsion de commande Vg subsiste entre la grille et la source 18 et 20 du 25 commutateur 14, la tension E modifie l'induction Bsr du noyau de la bobine de réactance saturable 22 selon l'équation: Bsr = -Bs + 1/NA Edt (3) o A est la section nette du noyau de la 30 bobine de réactance 22 et N est le nombre des spires de son enroulement. Dans le mode préféré de réalisation, le noyau de la bobine de réactance saturable 22 est réalisé avec des valeurs de A et N telles que le noyau n'atteigne jamais la saturation positive d'après l'équation (3). 35 Cela signifie également que la durée de l'impulsion de
commande Vg est inférieure à celle nécessaire pour atteindre la saturation positive.
La figure 2 est un ensemble de formes d'ondes décrivant le fonctionnement dans le temps du circuit de la figure 1. La forme dlonde supérieure indique que pendant l'application continue de l'impulsion de commande Vg au commutateur 14 une période de charge T1 est définie. La seconde forme d'onde indique que la tension VL est égale à la tension E de la source de ten10 sion 10 pendant la période de charge T1. La troisième forme d'onde décrit la variation de l'induction Bsr qui commence à l'état de saturation négative -Bs en raison du courant de polarisation Ib avant la période de charge
T1 et qui se déplace vers l'état de saturation positive 15 pendant T1 selon l'équation (3).
*À Pendant la période de charge T1, la source de tension 10 fournit un courant il à la bobine d'inductance 16. Etant donné que le courant iL dans la bobine d'inductance 16 était initialement Ib avant la période de charge comme l'indique l'équation (1), il ne peut changer instantanément avec la fermeture du commutateur 14 et il commence donc avec la valeur Ib. Pendant Tl,le courant il qui circule dans la bobine d'inductance 16 augmente comme l'indique la quatrième forme d'onde, 25 selon: il =iL = Ib + 1/L Edt (4) A la fin de la période de charge, quand le temps T1 s'est écoulé et que l'impulsion de commande Vg est supprimée du commutateur 14, l'induction Bsr a at30 teint un'e valeur de: Bm = -Bs + 1/NA Edt (5) A ce même instant, l'intensité du courant iL dans la bobine d'inductance 16 a atteint la valeur: I 3 5 Im = Ib + 1/L Edt (6) La bobine d'inductance 16 a accumulé de l'énergie pendant le temps o le courant iL dans la bobine d'inductance 16 augmentait et l'énergie accumulée
s'additionne à l'énergie initiale déjà emmagasinée dans 5 la bobine d'inductance 16 comme le donne l'équation (2).
L'énergie supplémentaire accumulée pendant Tl s'exprime par: Wi(Tl): 0,5L ( (Ib +I)2 - Ib2) (7) o ^I = Im - lb. lO Lorsque l'impulsion de commande Vg est supprimée au commutateur 14 pour qu'il ne conduise plus, la période de charge TIl se termine et la seconde phase du fonctionnement commence par la période de décharge T2
pendant laquelle l'impulsion de courant est produite.
Quand la période de charge Tl est terminée avec le courant iL dans la bobine d'inductance 16 au niveau im selon l'équation (6), la période de décharge T2 commence avec l'apparition instantanée d'une tension inductive inverse aux bornes de la bobine d'inductance 16, avec une an20 plitude initiale nécessaire pour maintenir ce niveau du courant et le sens de circulation Cette tensi-.n inductive inverse est représentée par la seconde forme d'onde
de la figure 2 sous la forme de VL ayant, pendant la période de décharge T2 une polarité opposée à celle exis25 tant pendant la période TI.
Etant donné que la diode 30 est maintenant polarisée dans le sens direct par la tension VL et que la bobine de réactance satyrable 22 présente encore une haute impédance maintenant la bobine de réactance 16 30 déconnectée de la source de basse tension 24, le courant iL dans la bobine d'inductance 16 circule maintenant par la charge 32 sous forme du courant de sortie i2 représenté par la cinquième forme d'onde de la figure 2. En négligeant la chute de tension directe dans la diode 30, 35 ce courant i2 développe une amplitude de tension dans la charge 32 équivalent à celle de la bobine d'inductance 16: VL = V2= (i2)(RL) (8) Pendant la période de décharge T2, le courant iL dans la bobine d'inductance 16 et le courant de sortie i2 augmentent selon: iL = i2 = Im -1/L VL dt (9) En même temps, l'induction Bsr de la bobine de réactance saturable 22 diminue vers l'état de sa\10 turation négative selon l'équation: Bsr = Bm - 1/NA VL dt (10) En même temps, après l'écoulement de T2 (lorsque t=T) et après que le courant iL dans la bobine d'inductance 16 soit revenu à sa valeur initiale Ib, l'in15 duction Bsr de la bobine de réactance saturabte 22 revient à l'état de saturation négative -Bs. Cela entraine que l'impédance de la bobine de réactance saturable 22 décroisse rapidement jusqu'à une valeur très basse de sorte qu'elle se comporte pratiquement comme un court20 circuit et coupe rapidement le courant de sortie i2 en polarisant en opposition la diode 30 avec la tension Eb de la source à basse tension 24. Le courant lb circule à nouveau depuis la source à basse tension 24 et le système est ramené à son état initial de sorte qu'une nou25 velle impulsion de commande Vg peut être appliquée au
commutateur 14 pour recommencer l'opération.
Le courant de sortie i2 est émis sous forme d'une impulsion pendant la durée de la période de décharge T2 (T1 + T2 = T) cette durée dépendant de l'im30 pédance de la charge 32. Pour une résistance pure cette période est équivalente à: T2 = (L/RL)ln ( ( Ib + 1)/Ib) (ll) Etant donné que le courant iL de la bobine d'inductance 16 revient à la valeur initiale ib qui 35 était présente avant la première phase du fonctionnemrent, l'énergie supplémentaire qui a été accumulée par la bobine d'inductance 16 pendant la période de charge T1 correspond à celle dissipée dans la charge 32 pendant la période de décharge T2. Le niveau initial non nul d'emmagasinage d'énergie dans la bobine d'inductance 16 donné par l'équation (2) est maintenu car la bobine de réactance saturable 22 se comporte comme un commutateur automatique rapide pour connecter à nouveau la source à basse tension 24 à la bobine d'inductance 16 quand la dis10 sipation d'énergie supplémentaire cesse. La diode 30 évite l'absorption par la charge 32 de l'énergie accumulée par la bobine d'inductance pendant T1 mais elle n'est pas nécessaire lorsque la charge ne peut écouler qu'un
courant unidirectionnel.
L'impulsion de courant i2 produite par le fonctionnement décrit ci-dessus est sujette à une réduction quand la bobine d'inductance 16 se décharge pendant T2 comme l'indique l'équation (9). Cet effet peut être réduit au minimum grâce au choix d'une bobine 16 avec une 20 valeur d'inductance L suffisamment grande. Le résultat est une impulsion de courant de sortie i2 presque rectangulaire qui, à la limite s'approche de Ib car^I est également réduit au minimum et iL n'augmente pas substantiellement audessus de sa valeur initiale comme le mon25 tre l'équation (6). Il apparait ainsi que l'intensité de l'impulsion de courant de sortie i2 et du courant d'entrée iL est presque équivalente à Ib et est donc indépendante de l'impédance de la charge 32 et ne dépend pas de
l'amplitude de la source de tension 10.
Une relation importante peut maintenant être établie pour les tensions d'entrée et de sortie et la période de charge T1 ainsi que la durée d'impulsion T2 pendant un cycle complet du générateur, dans la période T = T1 + T2. Etant donné que pour tous les types
de bobines d'inductance, la seconde intrégrale de la ten-
sion prise pendant toute la période de fonctionnement est nulle, il en résulte que: VL dt= Edt + V2 dt = 6 ou Edt = - V2dt (12) Pour le cas de l'impulsion de courant rectangulaire i2 ayant une tension constante V2, l'équation (12) se réduit à: E x T1 = V2 x T2 ou T2 = E x T1 /V2 (13) Il apparait ainsi que la durée T2 d'une impulsion de sortie est proportionnelle à T1, c'est à dire la durée de l'impulsion de commande Vg. L'impulsion
de sortie peut donc être facilement contrôlée.
Une haute fréquence de répétition des 15 impulsions peut être obtenue car le générateur revient à son état initial au même moment o l'impulsion de sortie se termine et l'impulsion de commande peut être appliquée
presque immédiatement après le début d'une nouvelle période de charge.
La figure 3 représente un autre mode de réalisation de l'invention utilisant cette fois un transformateur saturable 34 à trois enroulementsau lieu de
la bobine de réactance saturable 22 de la figure 1. Plutôt que les valeurs équivalentes de la figure 1 pour les 25 courants d'entrée, de sortie et de polarisation, le courant d'entrée il, le courant de sortie i2 et le courant de polarisation Ib peuvent être sélectionnés séparément dans cette disposition en fonction du rapport des spires des enroulements N1, N2 et de l'enroulement de polarisa30 tion Nb.
Le fonctionnement de ce mode de réalisation commence avec un courant initial Ib dans la bobine d'inductance circulant par l'enroulement de polarisation Nb. Ceci crée un niveau initial d'emmagasinage d'énergie 35 dans la bobine d'inductance 16 et sature le noyau du
transformateur 34. Etant donné que le transformateur 34 est saturé, aucune tension induite n'apparait à l'enroulement de sortie N2 et le courant de sortie i2 est nul.
Lorsque l'impulsion de commande Vg est 5 appliquée au commutateur électronique 14 pendant la période de charge O-Tl, la tension E est appliquée à l'enroulement primaire N1 du transformateur saturable 34.
Ceci entraine que le transformateur saturable 34 sorte de l'état de saturation de sorte que son inductance d'en10 roulements croit jusqu'à une valeur très élevée et qu'il
commence à fonctionner comme un transformateur normal.
La diode 30 est polarisée en opposition par la tension induite dans l'enroulement N2 et le courant de sortie
i2 reste nul.
La tension qui apparait à l'enroulement Nb pendant la période de charge entraine que le courant iL dans la bobine d'inductance augmente de Ib jusqu'à une valeur plus élevée, ce qui est accompagné par une accumulation d'énergie supplémentaire dans la bobine 20 d'inductance 16. Quand l'impulsion de commande Vg se termine, le courant iL dans l'inductance doit continuer à circuler dans le même sens avec la même valeur. Cela entraine une tension inductive inverse aux bornes de la bobine d'inductance 16 de sorte que l'enroulement de polarisation Nb induit une tension dans l'enroulement de
sortie N2 qui polarise dans le sens direct la diode 30.
Un courant de sortie i2 commence donc à circuler en fonction du rapport des spires entre l'enroulement de polarisation Nb et l'enroulement de sortie N2.
Lorsque le courant iL dans la bobine d'inductance décroit jusqu'à la valeur initiale, le transformateur saturable 34 revient à l'état de saturation
ce qui termine le transfert d'énergie depuis l'enroulement de polarisation Nb vers l'enroulement de sortie N2 35 de sorte que le courant de sortie i2 décroit jusqu'à ze-
z
ro. La bobine d'inductance 16 revient au niveau initial d'énergie et le générateur est prêt pour l'opération suivante.
La figure 4 représente un autre mode en5 core de réalisation de l'invention utilisant un autotransformateur saturable 36 à deux enroulements au lieu de la bobine de réactance saturable 22 de la figure 1, les mêmes références désignant des composants identiques. Plutôt que des valeurs équivalentes comme selon la figure 10 1 pour les courants d'entrée, de sortie et de polarisation, cette disposition permet une sélection séparée de ces valeurs. Cela peut se faire en réglant la position de la prise 38 de l'autotransformateur saturable 36 et le rapport des spires entre l'enroulement de polarisa15 tion Nb et l'enroulement primaire N2. Le fonctionnement
du circuit s'explique de lui même selon les caractéristiques bien connues d'un transformateur saturable décrites en regard de la figure 3. Ainsi, l'invention concerne un générateur 20 d'impulsions de courant
permettant d'obtenir une fréquence élevée de répétition des impulsions et une durée variable de ces impulsions sans changer l'amplitude pratiquement constante des impulsions de courant produites ce qui élimine la nécessité d'une adaptation d'impédance de 25 charge.
Les principes de l'invention ont été dé- crits en regard d'appareils et d'applications spécifiques mais il est bien entendu que la description n'est faite qu'à titre d'exemple et ne limite en rien le ca30 dre de l'invention.
Claims (12)
1-Générateur d'impulsions de courant ayant pour fonction, pendant une période de charge, de recevoir une alimentation d'une source d'alimentation extérieure (10) et de délivrer une impulsion de courant pratiquement constante, de durée variable, à une charge connectée (32) pendant une période de décharge, générateur caractérisé en ce qu'il comporte une source (24) produisant une énergie initiale, un dispositif (16) d'em10 magasinage d'énergie, un dispositif saturable (22,34,36) associé en fonctionnement avec ladite source et ledit dispositif d'emmagasinage d'énergie pour diriger ladite énergie initiale pour son emmagasinage dans ledit dispositif d'emmagasinage d'énergie dans un état de saturation 15 avant ladite période de charge et un commutateur (14) ayant pour fonction de déterminer la durée de ladite période de charge en connectant la source d'alimentation extérieure audit générateur de manière que pendant la durée de ladite période de charge, ledit dispositif satura20 ble quitte ledit état de saturation et que de l'énergie supplémentaire s'accumule dans ledit dispositif d'emmagasinage d'énergie au-dessus du niveau de ladite énergie initiale emmagasinée, ladite énergie supplémentaire.;produisant une impulsion de courant à la dissipation dans la 25 charge pendant ladite période de décharge commençant à la fin de ladite période de charge, ledit dispositif saturable revenant automatiquement audit état de saturation au moment o cesse ladite dissipation d'énergie supplémentaire, ladite impulsion de courant étant répétitive
avec une durée d'impulsion variable en fonction du fonctionnement dudit commutateur.
2-Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif d'emmagasinage
d'énergie consiste en une bobine d'induction (16).
3-Générateur selon la revendication 1 ou
2, caractérisé en ce que ledit dispositif saturable consiste en une bobine de réactance saturable (22) comprenant un noyau magnétique à boucle d'hystérésis carrée.
4-Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite source (24) est une source d'alimentation à basse tension produisant un courant de polarisation qui emmagasine l'énergie initiale dans ladite bobine d'inductance et polarise ladite bobine de
réactance saturable.
5-Générateur selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que ledit commutateur (14) consiste en un commutateur électronique commandé par une impulsion
de commande.
6-Générateur selon la revendication 5, ca15 ractérisé en ce que ledit commutateur électronique (14)
est un transistor bipolaire.
7- Générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit commutateur électronique (14)
est un transistor à effet de champ.
8- Générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit commutateur électronique (14)
est un tube triode à vide avec une grille de commande.
9- Générateur selon la revendication-1 ou 2, caractérisé en ce que ledit dispositif saturable est 25 un transformateur saturable (34).
-Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif saturable est un
autotransformateur saturable (36).
Il- Procédé pour produire répétitivement 30 des impulsions de courant dans une charge connectée (32) dans un générateur d'impulsions de courant alimenté par
une source d'alimentation extérieure (10), procédé caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à emmagasiner de l'énergie dans un dispositif (16) d'emmagasina35 ge d'énergie à un niveau initial d'énergie non nul pro-
duit par une source (24), à déterminer une période de charge pendant laquelle la source d'alimentation transfère de l'énergie supplémentaire audit dispositif d'emmagasinage d'énergie, qui y est accumulée au-dessus dudit 5 niveau initial d'énergie non nul et à déterminer la fin de ladite période de charge de r:anière qu'une période de décharge commence pendant laquelle ladite énergie supplémentaire produit une impulsion de courant dissipée dans la charge, ledit niveau initial d' énergie non nul
étant rétabli automatiquement dans ledit dispositif d'ermmagasinage d'énergie au moment o cesse ladite dissipation d'énergie supplémentaire, lesdites périodes de charge et de décharge pouvant être répétées successivement en fonction de l'exécution alternée desdites phases de 15 détermination.
12- Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit dispositif d'emmagasinage
d'énergie (16) est une bobine d'inductance.
13- Procédé selon la revendication ll ou 20 12, caractérisé en ce que ladite phase d'emmagasinage d'énergie consiste à connecter initialement ladite source à ladite bobine d'inductance par une bobine de réactance saturable (22) de manière que ledit niveau initial d'énergie non nulle soit atteint dans ladite bobine d'in25 ductance et que l'état de saturation de ladite bobine de
réactance saturable soit obtenu.
14- Procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que la phase de détermination de ladite période de charge consiste à appliquer une impul30 sion de commande à un commutateur électronique (14) pour connecter ladite source d'alimentation à ladite bobine d'inductance.
- Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite bobine de réactance satura35 ble établit automatiquement une déconnexion pratique en-
1 -
tre la source et la bobine d'inductance à l'application de ladite impulsion de commande et une reconnexion à la fin de ladite période de décharge.
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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