FR2621751A1

FR2621751A1 - Procede de production d'une basse tension continue stabilisee

Info

Publication number: FR2621751A1
Application number: FR8810367A
Authority: FR
Inventors: Erwin Potthof
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Verwaltungs Stiftung
Priority date: 1987-08-14
Filing date: 1988-08-01
Publication date: 1989-04-14
Also published as: DE3727117A1; GB2208019A; GB2208019B; GB8818329D0

Abstract

On produit une basse tension continue stabilisée à partir d'une tension continue pulsatoire UE plus élevée. Un condensateur 6 est rechargé, en fonction de l'écoulement d'énergie vers la charge. L'amenée d'énergie au condensateur s'effectue par commutation d'un élément de circuit 4 dans le circuit du condensateur, ayant lieu chaque fois sur les deux flancs de chaque demi-sinusode de la tension continue pulsatoire, au voisinage du point zéro. L'élément du circuit est enclenché et déclenché par un comparateur 7 qui exploite, en collaboration avec une combinaison logique, les variations de tension sur le condensateur et les variations de tension de la tension continue pulsatoire, ensemble avec une tension de référence.

Description

Procédé de production d'une basse tension continue stabilisée L'invention

concerne un procédé de production d'une basse tension continue stabilisée, à partir d'une tension continue pulsatoire notablement plus élevée,

pour actionner des consommateurs électriques.

L'invention concerne en outre un bloc de circuit d'alimentation pour la mise en oeuvre du procédé

indiqué ci-dessus.

Les blocs d'alimentation qui transforment une tension alternative, par l'intermédiaire d'un transformateur ou bien d'un condensateur, en une tension plus basse et qui stabilisent celle-ci le cas échéant, sont diversement connus techniquement. A titre d'exemple, nous renvoyons à la page 208 du livre de tableaux "Technique de l'électronique et des communications", Frankfurter Fachverlag, Kohl & Noltemeier-verlag 1980. Il y décrit, entre autres, un amplificateur opérationnel servant de régulateur de tension. Des circuits de ce type ne sont susceptibles d'application que de manière très limitée,.si plusieurs tensions, continues de valeurs très différentes doivent être produites à la sortie du fait que la tension différentielle entre les tensions à la sortie et la tension d'entrée chute, dans le transistor en branchement en série, et est convertie en chaleur. Si des circuits deoce type doivent être exploités avec une température ambiante élevée, ainsi que cela est par exemple le cas pour les minuteries de fours, pour lesquels peuvent survenir des températures ambiantes allant jusqu'à 120', des circuits de ce type, sujets à

des pertes, ne sont plus utilisables.

Les blocs, dits de circuit d'alimentation électriques pour lesquels le transistor en série ne fonctionne pas en analogique, mais au contraire en fo.tcionnement intermittent, sont beaucoup moins sujets à pertes que les circuits du premier type. Les pertes,

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et ainsi la température au transistor, sont notablement plus limitées. La base de l'invention d'un bloc de circuit d'alimentation électrique correspondant est

représentée en vue de dessus, sur la troisième figure.

La dépense est toutefois relativement élevée pour un circuit de ce genre, du fait de l'horloge, qui rend

périodiquement passant le transistor en série.

Le but de l'invention est de spécifier un procédé et un dispositif de circuit, avec lesquels des tensions continues pulsatoires iumportantes peuvent être converties en tensions continues stabilisées, notablement plus faibles, avec un bon rendement et une

dépense limitée en construction.

Selon l'invention, ceci est résolu en ce qu'un condensateur est à nouveau chargé, en fonction de l'écoulement d'énergie vers la charge, que l'amenée d'énergie au condensateur s'effectue par commutation d'un élément de circuit dans le circuit du condensateur, ayant lieu chaque fois sur les deux flans de chaque demi-sinusoïde de la tension continue pulsatoire, au voisinage du point zéro, que l'élément de circuit est enclenché et déclenché par un comparateur, qui exploite, en collaboration avec une combinaison logique, les variations de tension sur le condensateur et les variations de tension de la tension continue pulsatoire, ensemble avec une tension de référence. Il se distingue par le fait qu'un condensateur situé à la sortie est chaque fois chargé, par un interrupteur, selon ce que la charge qui lui est branchée en parallèle, nécessite pour tension de fonctionnement. L'alimentation en énergie s'effectue en fonctionnement intermittent de sorte que, -au voisinage du point O- sur chacun des deux flancs d'une demi-onde de la tension continue pulsatoire, l'interrupteur soit

brièvement fermé, pour recharger le condensateur.

L'actionnement de cet interrupteur s'effectue par exploitation de la tension appliquée au condensateur, de la tension variant à l'entrée, c'est à dire avant l'élément de commutation, ainsi que d'une tension de

réf érence.

D'autres développements du procédé selon l'invention sont caractérisés en ce que la comparaison s'effectue dans le comparateur, avec un hystérésis de commutation, en ce que les modifications de tension au condensateur et les modifications de la tension continue pulsatoire sont combinées ensemble à une entrée du comparateur et qu 'elles sont comparées au comparateur, avec la tension de référence s'appliquant sur l'autre entrée, en ce que la tension au consommateur est au moins plus petite, selon un facteur , que la tension continue pulsatoire à l'entrée. A cette occasion, il faut mettre l'accent sur le fait que le procédé selon l'invention est d'autant plus favorable que la différence entre tension d'entrée et tension de sortie est plus importante. Sous l'angle d'un rendement favorable, le rapport entre les deux

tensions devrait toutefois être au moins de 5:1.

Un bloc de circuit d'alimentation pour la mise en oeuvre du procédé revendiqué est caractérisé en ce qu'un élément de circuit, en particulier un transistor de commutation, est disposé entre les bornes d'entrée et les bornes de sortie, en ce qu'en outre un condensateur est situé parallèlement aux bornes de sortie, un condensateur qui est & nouveau rechargé par l'élément du circuit, en fonction de sa décharge, au moyen des deux impulsions de courant de commutation, produites sur les deux flans de chaque demi-sinusoïde, qu'il est en outre prévu un comparateur, possédant un hystérésis de commutation, dont une entrée reçoit une tension dérivée de la tension au condensateur et dont une tension de référence est amenée & l'autre entrée, qu'une tension qui est dérivée de la tension continue pulsatoire est combinée galvaniquement, ou bien logiquement, & l'une des deux entrées de circuit, ou bien & la sortie du comparateur, que ce comparateur est relié à l'entrée de circuit de l'élément de circuit et accouple, respectivement coupe, ce dernier, lorsque la

condition de comparaison est atteinte.

Des perfectionnements de ce bloc d'alimentation sont caractérisés en ce que l'élément de circuit est un transistor disposé en série, qui est commuté au moyen d'un transistor, disposé en branchement transversal, en ce que le comparateur est réalisé au moyen d'un amplificateur opérationnel, en ce que le comparateur est réalisé au moyen d'un déclencheur de Schmidt, autrement appelé montage de déclenchement de Schmidt, en ce qu'une tension (U'E), dérivée de la tension continue pulsatoire, s'exerce à une entrée du comparateur, à c6té de la tension (U'A) dérivée de la tension de condensateur, et qu'une tension de référence (UR) s'exerce à l'autre entrée, en ce que la tension de référence (UR) se forme sur une diode Zener située en série avec une résistance, entre les bornes d'entrée, et qu'un condensateur est branché en parallèle de la diode Zener, en ce qu'un diviseur de tension est disposé à la sortie, en parallèle au condensateur, sur lequel est dérivée la tension destinée au comparateur en ce qu'un diviseur de tension est disposé entre les bornes d'entrée à tension continue pulsatoire, sur lequel est dérivée la tension (U'E) destinée à une

entrée du comparateur.

Deux exemples de réalisation sont décrits à l'aide des dessins suivants, dans lesquels sont représentés: Figure 1 un schéma bloc d'alimentation selon l'invention; Figure 2 un diagramme de la tension continue pulsatoire, avec les points de commutation; Figure 3 un diagramme de la tension de commande, sur le transistor de commutation; Figure 4 un diagramme de l'intensité de sortie du transistor de commutation; Figure 5 un premier exemple de réalisation d'un circuit d'alimentation électrique; Figure 6 un deuxième exemple de réalisation d'un

circuit d'alimentation électrique.

Un schéma bloc d'un circuit 'd'alimentation électrique selon l'invention est représenté en Figure 1. Une tension continue UE pulsatoire s'exerce sur les bornes d'entrée 1 et la, qui est produite par un redresseur A deux alternances, qui n'est pas représenté. Une charge 3 est placée aux bornes de sortie 2 et 2a, qui peut être avantageusement le réseau d'une minuterie électronique de four. Un élément de circuit 4, ainsi qu'une résistance de limitation 5 de faible valeur, peuvent être disposés en série, entre les bornes 1 et 2. L'élément de circuit électronique peut être réalisé sous forme d'un transistor de commutation, ou bien d'un thyristor. Un condensateur de réseau 6, qui possède une capacité de stockage suffisante, pour un fonctionnement bref de la charge est disposé en parallèle à la charge 3, entre les

bornes 2 et 2a.

Le contrôle de l'élément du circuit 4 électronique s'effectue au moyen d'un comparateur 7, qui représente un hystérésis de commutation. Ce comparateur reçoit la tension qui est nécessaire à son fonctionnement, par une alimentation de tension 8. Les tensions U'E et U'A sont appliquées à une entrée du comparateur, en combinaison galvanique, ou bien logique; la tension évoquée en premier est dérivée de la tension d'entrée UE, par un diviseur de tension 9, La tension évoquée en deuxième lieu est dérivée de la tension de sortie UA, au condensateur 6, et, si nécessaire, abaissée à un niveau de tension convenable, au moyen d'un convertisseur de valeur effective 10. Une tension de référence UR est appliquée à la deuxième entrée du comparateur 7, qui est produite par un groupe

11, par exemple un diviseur de tension.

Alors que la tension d'entrée UE est de 220 V, la tension de sortie UA ne doit être que de 20 V. afin de ne pas convertir en énergie calorifique la différence de tension existant dans l'élément de

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circuit 4, celui-ci est exploité en opération intermittente et avec un rendement élevé. Il faut se reporter aux figures 2 à 4 pour expliquer le fonctionnement de l'invention. Dans la constitution de circuit des entrées du comparateur qui est représenté, il est possible, en disposant un comparateur 7 en branchement de commande de l'élément de circuit 4, d'accoupler l'interrupteur électronique, sur chacun des deux flans d'une demi-sinusoïde de la tension UE, au voisinage du passage à zéro. On obtient ainsi une transmission d'énergie au condensateur 6 deux fois plus forte qu'avec les commandes à découpage de phase, qui ne commutent que sur un flanc de commutation. Dans les commandes connues en découpage de phase, il faudrait commuter avec une tension de commutation plus élevée, afin de mettre à disposition la même énergie de charge pour le condensateur 6, ce qui conduirait toutefois à une perte de puissance plus élevée dans l'élément de circuit 4 et à la résistance de limitation 5. Il est important, au sens de l'invention, qu'une tension dérivée du condensateur 6 et une tension dérivée de la tension d'entrée UE pulsatoire puissent être traitées ensemble dans le comparateur. On fixe le point de commutation sur les flancs des demi-sinusoïdes, au moyen de la tension U'E, sous la condition que cette tension soit plus petite que UR. La commande d'enclenchement, dans le comparateur, pour l'élément de circuit 4, est remplie une fois ou bien plusieurs fois, au moyen de la tension U'A, sous la condition que cette tension est également plus petite que UR, pendant que la commande de connexion donnée par la tension U'E, de telle sorte que cet élément de circuit 4 soit accouplé une ou bien plusieurs fois, pendant la présence de la commande de commutation U'E. On a représenté à la Figure 3 le signal US pour la pleine utilisation de l'élément de circuit 4, pour un processus unique de connexion, pendant la présence de la commande de commutation. Il peut toutefois y avoir une utilisation multiple, comme mentionné, en fonction de l'hystérésis

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du comparateur 7 et de la consommation de courant de la charge 3, faisant que le signal US peut être réparti

dans un train d'impulsions de plusieurs signaux.

Il est important, au sens de l'invention, que le comparateur 7 présente un hystérésis de commutation. De ce fait, un fonctionnement intermittent régulier de l' élément de circuit 4 et du processus de charge au condensateur 6, sont possibles et l'on évite une "oscillation" indéfinie du fonctionnement intermittent,

autour du point de commutation de l'élément de circuit.

Alors qu'une possibilité de réalisation préférée de l'invention est représentée à la Figure 1, le principe selon l'invention peut également être réalisé par le fait que les tensions U'E et U'A ne sont pas combinées galvaniquement à une entrée du comparateur, mais qu'au contraire, la tension U'E, avec la tension UR sont combinées sur les entrées d'une porte ET-NON,

qui est située à la deuxième entrée du comparateur.

Enfin, il serait également possible, au sens de l'invention, de ne pas combiner la tension U'E et le signal de sortie du comparateur 7, à l'entrée du comparateur 7, mais, au contraire, sur une porte OU. Il est toujours important, à cette occasion, que s'ensuive une combinaison de deux tensions et une comparaison au

comparateur.

Au sens de l'invention, on peut penser à un amplificateur opérationnel, ou bien à un déclencheur de Schmidt, autrement dénommé montage de déclenchement de Schmidt, comme possibilité de réalisation du comparateur 7, une mesure de commutation destinée à produire un hystérésis de commutation devant être trouvée à cette occasion, dans le cas de l'amplificateur opérationnel. Une porte OU constitue une autre possibilité de réalisation, avec deux seuils

de commutation, haut et bas, sur ses deux entrées.

Un premier exemple de réalisation de l'invention est représenté en détail à la figure 5. Un redresseur à deux alternances 20 est situé à l'entrée du circuit, qui applique une tension continue pulsatoire sur les bornes 21 et 21a. Une charge 23, à savoir le réseau d'un circuit, est située sur les bornes de sortie 22 et 22a, un commutateur à transistor se composant de deux transistors 24 et 24a, selon un montage de Darlington, est utilisé comme circuit électronique. Une résistance de limitation 25 est disposée en série du circuit, elle pourrait le cas échéant être également remplacée par un petit étranglement de réactance. Un condensateur 26 est situé à la sortie, entre les bornes 22 et 22a, parallèlement à la charge. Un amplificateur opérationnel 27 sert de comparateur et reçoit sa tension de fonctionnement par une résistance 28 et le groupe électronique 35. Ce dernier contient une diode Zener, une résistance et un condensateur de lissage. La tension U'E est produite sur un diviseur de tension, se

composant de la résistanse 29 et de la résistance 30.

La tension U'A se forme sur un diviseur se composant d'une diode Zener 31 et d'une résistance 32. Cette tension est combinée galvaniquement, par une diode 33, avec la tension U'E à l'entrée 27a de l'amplificateur opérationnel. A l'entrée 27a se trouve en outre une résistance 34, qui est raccordée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 27 et qui sert à produire un hystérésis de commutation. A partir de la tension de fonctionnement de l'amplificateur opérationnel 27, appliquée au point du circuit 36 sur la résistance 28, il est dérivé une tension de référence par une résistance 37 et une diode Zener 38, tension qui s'exerce sur la deuxième entrée 27b de l'amplificateur opérationnel. Un condensateur 39, qui est disposé parallèlement à la diode Zener 38, veille à ce que la tension de référence s'applique bien sur l'amplificateur opérationnel, un instant plus tard que

le potentiel de tension de fonctionnement 36.

Un transistor de commutation 27 est branché derrière l'amplificateur opérationnel 27, par une résistance 40 et est situé en branchement transversal du dispositif de circuit et est relié à la base du transistor 24a. Une résistance 42, destinée à l'amenée du courant de base, est en outre située sur la base de

ce transistor 24a.

Le mode de fonctionnement du dispositif décrit est alors le suivant. Supposons qu'au moment de l'enclenchement du dispositif, le condensateur 26 soit déchargé. Sa tension U'A est nulle. Du fait du dimensionnement donné aux constituants, la tension de référence UR s'établi à 5,1 V. Du fait du rapport entre les résistances 30 et 29, qui est par exemple 10:1, il se forme une tension 5,.1 V, pour une tension UE de 56 V, à l'entrée 27a de l'amplificateur opérationnel. Dès que cette valeur UE de la tension continue pulsatoire est dépassée, pendant une demi-sinusoïde, le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel sera bas et le transistor 41 sera bloqué. Ceci conduit à nouveau à l'ouverture des transistors 24a et 24 et il s'écoule dans le condensateur 26 un courant de charge, qui n'est limité que par la résistance 25. Ce courant de charge, qui possède une allure correspondant à la Figure 4, reste établi, Jusqu'à ce que la valeur de 56 V soit à nouveau atteinte, après passage au zéro, dans le développement de la demi-sinusoïde suivante. A ce moment, le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel commute sur haut et le transistor 41 devient passant. A présent, le potentiel de base des transistors 24a et 24 chute et les deux transistors

sont bloqués. Le chargement du condensateur 26 cesse.

Ce processus se répète pendant quelques demi-sinuoïdes de la tension continue pulsatoire, Jusqu'à ce que le condensateur 26 ait atteint sa tension de fonctionnement. La charge 23 est exploitée par le courant de décharge du condensateur 26. Du fait de l'importance de la capacité du condensateur 26, sa tension ne tombe que de manière insignifiante pendant deux demi-sinusoïdes. L'une des tensions est lue sur la résistance 32, sur la tension affectée au condensateur et donnée pour tension U'A, à l'entrée 27a, en combinaison avec la tension U'E. Si le condensateur 26 est complètement chargé, la tension U'A -U Diode est

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plus grande que UR- et, également lorsqu'une condition d'accouplement de la tension U'E se présente -A savoir UE < 56 V- la tension est plus grande que 5,1 V sur l'entrée 27a et le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel est ainsi placé sur haut. C'est pourquoi, également dans le cas de dépassement d'une tension de 56 V, par UE, le transistor 24 n'est pas accouplé et le condensateur 26 n'est pas continué à être chargé. Il ne s'effectue une nouvelle charge, que si la tension à décru au condensateur, de sorte que U'A est devenue plus petite que UR. L'accouplement de l'amplificateur opérationnel s'effectue ensuite dans la condition de sortie basse et l'accouplement du transistor 24 sur le flanc de commutation de la semi-sinusoïde s'effectue de la manière précédemment décrite. Du fait des éléments décrits plus haut, le circuit travaille de manière très sensible et règle les oscillations de tension d'entrée et les oscillations de tension de sortie au condensateur, en ayant peu de pertes. Le dispositif possède également un rendement élevé, du fait de la

commutation qui s'opère sur les deux flans d'une demi-

sinusoïde, au voisinage du passage au zéro.

Un deuxième exemple de réalisation de l'invention est représenté à la Figure 6, dans lequel une bascule de Schmidt 50 est prévue, à la place d'un amplificateur opérationnel 27. Toutes les autres parties constructives portent les mêmes nombres repère qu'à la figure 5. La bascule de Schmidt n'est représentée que sous forme de schéma bloc, un circuit IC courant du commerce peut être ici utilisé à cet effet. On utilise la tension de seuil de la bascule de Scmidt comme tension de référence UR. La bascule de Schmidt est pourvue de l'hystérésis de commutation nécessité. L'alimentation de la bascule de Schmidt en tension de fonctionnement peut s'effectuer de la manière usuelle, il peut également s'agir d'une alimentation de tension semblable à celle se composant de la résistance 28 et du groupe 35 de la Figure 5. Le mode de fonctionnement de ce dispositif résulte de 11. l'explication détaillée de la Figure 5, en considérant comnie allant de soi le comportement connu de valeur de

seuil des bascules de Schmidt.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de production d'une basse tension continue stabilisée, à partir d'une tension continue pulsatoire notablement plus élevée, pour actionner des consommateurs électriques, caractérisé en ce qu'un condensateur (26) est à nouveau chargé, en fonction de l'écoulement d'énergie vers la charge, que l'amenée d'énergie au condensateur s'effectue par commutation d'un élément de circuit (24) dans le circuit du condensateur, ayant lieu chaque fois sur les deux flancs de chaque demi-sinusoïde de la tension continue pulsatoire, au voisinage du point zéro, que l'élément du circuit est enclenché et déclenché par un comparateur (27), qui exploite, en collaboration avec une combinaison logique, les variations de tension sur le condensateur et les variations de tension de la tension continue pulsatoire, ensemble avec une tension

de référence.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la comparaison s'effectue dans le comparateur

(7, 27), avec un hystérésis de commutation.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les modifications de tension au condensateur (6, 26) et les modifications de la tension continue pulsatoire sont combinées ensemble à une entrée du comparateur et qu'elles sont comparées au comparateur, avec la tension de référence s'appliquant sur l'autre entrée.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension au consommateur est au moins plus petite, selon un facteur 5, que la tension continue

pulsatoire à l'entrée.

5. Bloc de circuit d'alimentation électrique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une

quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce

qu'un élément de circuit (4, 24), en particulier un transistor de commutation, est disposé entre les bornes d'entrée et les bornes de sortie, qu'en outre, un condensateur (6, 26) est situé en parallèle aux bornes de sortie, chargé par l'élément de circuit, en fonction de sa décharge dans la charge, au moyen des deux impulsions de courant de commutation, produites sur les deux flancs de chaque demi-sinusoïde, qu'un comparateur (7, 27), avec un hystérésis de commutation, est en outre prévu, dont une entrée reçoit une tension (U'A) dérivée de la tension au condensateur et dont une tension de référence (UR) est amenée à l'autre entrée, qu'une tension (U'E) dérivée de la tension continue pulsatoire est combinée galvaniquement, ou bien logiquement, à l'une des deux entrées, ou bien à la sortie du comparateur (7, 27), qu'en outre, ce comparateur est relié à l'entrée de commande de l'élément de circuit (4, 24) et connecte, respectivement coupe, ce dernier, lorsque la condition

de comparaison est atteinte.

6. Bloc d'alimentation selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément de circuit (4, 24) est un transistor disposé en série, qui est commuté au moyen d'un transistor (41), disposé en branchement transversal.

7. Bloc d'alimentation selon la revendication 5, caractérisé en ce que le comparateur est réalisé au

moyen d'un amplificateur opérationnel (27).

8.-Bloc d'alimentation selon la revendication 5, caractérisé en ce que le comparateur est réalisé au

moyen d'une bascule de Schmidt (50).

9. Bloc d'alimentation selon l'une quelconque

des revendications 5 et 7, caractérisé en ce qu'une

tension (U'E), dérivée de la tension continue pulsatoire, s'exerce à une entrée du comparateur (27), à coté de la tension (U'A) dérivée de la tension de condensateur, et qu'une tension de référence (UR)

s'exerce à l'autre entrée.

10. Bloc d'alimentation selon la ravendication 9, caractérisé en ce que la tension de référence (UR) se forme sur une diode Zener (38) située en série avec une résistance (37), entre les bornes d'entrée, et qu'un condensateur (39) est branché en parallèle de la diode Zener.

11. Bloc d'alimentation selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un diviseur de tension (31,32) est disposé à la sortie, en parallèle au condensateur (6,26), sur lequel est dérivée la

tension destinée au comparateur.

12. Bloc d'alimentation selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un diviseur de tension (29, 30) est disposé entre les bornes d'entrée & tension continue pulsatoire, sur lequel est dérivée la tension

(U'E) destinée à une entrée du comparateur (27, 50).