FR2660498A1

FR2660498A1 - Direct-current power supply device for an electronic circuit

Info

Publication number: FR2660498A1
Application number: FR9004177A
Authority: FR
Inventors: Vuillemin Gerard
Original assignee: Alcatel Business Systemes SA
Current assignee: ALE International SAS
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1990-04-02
Publication date: 1991-10-04

Abstract

Power supply for a low-power electronic chassis, for example for a private branch exchange. It uses a conventional 50-Hertz transformer (4), but in which the two primary half-windings (6, 7) are connected in parallel and not in series. An electronic device (13) with complementary switches (14, 15) makes it possible to apply a magnetising current to this transformer for only one third of the time at the most. This device (13) is, moreover, situated in a regulation loop (17, 22, 13).

Description

DISPOSITIF D'ALIMENTATION EN TENSION CONTINUE
POUR CIRCUIT ELECTRONIQUE
La présente invention se rapporte à un dispositif d'alimentation en tension continue, par exemple à partir du réseau alternatif, pour circuit électronique, en particulier pour un petit circuit tel qu'un autocommutateur téléphonique privé à circuits électroniques.CONTINUOUS VOLTAGE SUPPLY DEVICE
FOR ELECTRONIC CIRCUIT
The present invention relates to a DC voltage supply device, for example from the AC network, for electronic circuit, in particular for a small circuit such as a private branch exchange with electronic circuits.

L 'alimentation en tension continue de la plupart des circuits électroniques s' effectue à partir du secteur alternatif, tel que par exemple le secteur alternatif 230 volts, 50 hertz, en utilisant soit la très ancienne technique à transformateur 50 hertz classique, à carcasse ferromagnétique et redressement filtrage à capacité en tête, soit celle plus moderne des alimentations dites a découpage" . The DC voltage supply of most electronic circuits is carried out from the AC sector, such as for example the 230 V, 50 Hertz AC sector, using either the very old conventional 50 Hertz transformer technique, with ferromagnetic carcass. and filtering rectification with capacity at the head, that is the more modern of the so-called switching power supplies ".

L ' utilisation d'un transformateur à carcasse ferromagnétique fonctionnant à la fréquence secteur est techniquement satisfaisante pour alimenter ces circuits de petite puissance (100 à 200 watts pour fixer les idées), malheureusement une telle utilisation n' est actuellement plus viable en raison de la taille et du poids élevés des tranformateurs nécessaires. Ces petits circuits sont en effet de plus en plus miniaturisés, et il n est pratiquement plus pensable d'utiliser des transformateurs si lourds et si encombrants. The use of a ferromagnetic transformer operating at the mains frequency is technically satisfactory for supplying these small power circuits (100 to 200 watts to fix ideas), unfortunately such use is currently no longer viable due to the size and high weight of transformers required. These small circuits are in fact more and more miniaturized, and it is practically no longer conceivable to use transformers so heavy and bulky.

Les circuits modernes se sont donc orientés vers la technique plus élaborée des alimentations dites "à découpage". Ces alimentations utilisent des transformateurs à ferrite fonctionnant sous des fréquences de découpage de plusieurs dizaines de kilohertz. De tels transformateurs sont de dimensions et de poids restreints, et par suite compatibles avec la miniaturisation souhaitée pour les montages électroniques de petite puissance auxquels ils sont destinés. Modern circuits are therefore oriented towards the more sophisticated technique of so-called "switching" power supplies. These power supplies use ferrite transformers operating at switching frequencies of several tens of kilohertz. Such transformers are of limited size and weight, and therefore compatible with the desired miniaturization for low power electronic assemblies for which they are intended.

Ces alimentations à découpage présentent cependant un certain nombre d'inconvénients bien connus, dont un des plus graves est la pollution électrique engendrée par les rayonnements à la fréquence de découpage : ces rayonnements sont source de frais élevés, par l'utilisation de composants et de blindages particulierement onéreux. However, these switching power supplies have a number of well-known drawbacks, one of the most serious of which is the electrical pollution caused by radiation at the switching frequency: these radiations are a source of high costs, through the use of components and particularly expensive shields.

On peut citer en outre les autres inconvénients suivants de ces alimentations à découpage
nécessité d'un filtrage secteur pour la compatibilité électromagnétique
nécessité d'une self de lissage au secondaire du transformateur à ferrite
dispositif électronique de découpage complexe et onéreux à réaliser, pour obtenir le découpage à fréquence ultrasonore requis;
très grande sensibilité aux surtensions : toute surtension accidentelle se traduit par une destruction des élements semiconducteurs utilisés pour le découpage (un fusible n aurait pas le temps de fondre aux fréquence utilisées), ce qui pénalise lourdement la fiabilité de ces installations isolement galvanique primaire-secondaire des enroulements de réalisation très complexe.Mention may also be made of the following other drawbacks of these switching power supplies
need for mains filtering for electromagnetic compatibility
need for a secondary smoothing choke of the ferrite transformer
complex and expensive electronic cutting device to be produced in order to obtain the required ultrasonic frequency cutting;
very high sensitivity to overvoltages: any accidental overvoltage results in the destruction of the semiconductor elements used for cutting (a fuse would not have time to blow at the frequencies used), which severely penalizes the reliability of these installations: primary-secondary galvanic isolation windings of very complex realization.

L 'invention vise à remédier à tous ces inconvénients des alimentions, aussi bien à fréquence secteur qu'à découpage, connues jusqu ' alors et destinées en particulier aux circuits électroniques de petite puissance. Elle se rapporte à un dispositif d'alimentation en tension continue pour circuit électronique, en particulier pour circuit électronique de petite puissance, cette alimentation s ' effectuant à partir du secteur alternatif ou analogue. The invention aims to remedy all these drawbacks of power supplies, both at mains frequency and at switching mode, hitherto known and intended in particular for low power electronic circuits. It relates to a DC voltage supply device for an electronic circuit, in particular for a small power electronic circuit, this supply being effected from the AC sector or the like.

Conformément à l'invention, ce dispositif utilise un transformateur basse-fréquence classique, fonctionnant donc à la fréquence dudit secteur alternatif, suivi traditionnellement d ' élements de redressement et de filtrage, mais, entre le secteur alternatif et les enroulements primaires de ce transformateur est inséré un dispositif apte, au cours de chaque demi-alternance de la tension alternative appliquée , à n' appliquer cette tension à ces enroulements primaires que pendant un laps de temps determine égal à une fraction de la durée de cette demi-alternance, et corrélativement à court-circuiter ces enroulements primaires pendant le restant de cette même durée.According to the invention, this device uses a conventional low-frequency transformer, therefore operating at the frequency of said AC sector, traditionally followed by rectifying and filtering elements, but, between the AC sector and the primary windings of this transformer is inserted a device capable, during each half-wave of the applied alternating voltage, of applying this voltage to these primary windings only for a determined period of time equal to a fraction of the duration of this half-wave, and correspondingly short-circuit these primary windings for the remainder of the same time.

Préférentiellement, il s'agit d'un transformateur qui comporte, comme tous les transformateurs d' alimentation à fréquence-secteur classique, deux demi-enroulements primaires identiques et distincts qui seraient traditionnellement branchés en série et qui recoivent la tension secteur, mais, dans l'application conforme à l'invention, ces deux demi-enroulements sont alors branchés en parallèle. Dans un tel cas, et afin d'éviter une saturation magnétique du transformateur, le laps de temps précité d'application, par demi-alternance, de la tension sur ces enroulements primaires, est avantageusement au plus égal au tiers de la durée de cette demi-alternance secteur. Preferably, it is a transformer which comprises, like all conventional frequency-mains supply transformers, two identical and separate primary half-windings which would traditionally be connected in series and which receive the mains voltage, but, in the application according to the invention, these two half-windings are then connected in parallel. In such a case, and in order to avoid magnetic saturation of the transformer, the aforementioned period of application, by half-wave, of the voltage on these primary windings, is advantageously at most equal to a third of the duration of this half-cycle alternation.

Avantageusement en outre, des moyens sont prévus pour commander la position temporelle ou la durée dudit laps de temps de manière à réaliser ainsi une régulation de la ou des tensions continues délivrées en sortie desdits éléments de redressement et de filtrage. Advantageously, moreover, means are provided for controlling the temporal position or the duration of said period of time so as to thus achieve regulation of the DC voltage or voltages delivered at the output of said rectifying and filtering elements.

De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation de ce dispositif d'alimentation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel Figure 1 est un schéma synoptique de ce dispositif ; et
Figure 2 est un diagramme explicatif de son principe de fonctionnement. Anyway, the invention will be well understood, and its advantages and other characteristics will emerge during the following description of a nonlimiting example of embodiment of this supply device, with reference to the appended schematic drawing in which Figure 1 is a block diagram of this device; and
Figure 2 is an explanatory diagram of its operating principle.

En se reportant à la figure 1, il s'agit d'une alimentation pour platine électronique de petite puissance (non representée). Referring to Figure 1, this is a power supply for electronic circuit board of small power (not shown).

La référence 1 désigne le secteur alternatif monophasé 230 volts, 50 hertz, avec ses deux bornes de sortie 2,3 sur lesquelles est disponible la puissance alternative à la tension Va. The reference 1 designates the 230 V, 50 Hz single-phase AC sector, with its two output terminals 2,3 on which the AC power at the voltage Va is available.

Cette tension-secteur Va est appliquée à un transformateur 50 hertz 4, à carcasse électromagnétique feuilletée classique, mais qui, comme on le démontrera ci-après, est de deux à quatre fois plus petit que celui qui serait normalement nécessaire pour alimenter la platine précitée. This line voltage Va is applied to a 50 hertz 4 transformer, with a conventional laminated electromagnetic frame, but which, as will be demonstrated below, is two to four times smaller than that which would normally be necessary to power the aforementioned circuit board. .

Le tranformateur 4 comporte classiquement deux enroulements primaires 6,7 distincts et identiques, et plusieurs enroulements secondaires 8,9,10, au nombre de trois dans cet exemple d ' excution . The transformer 4 conventionally comprises two primary windings 6,7 distinct and identical, and several secondary windings 8,9,10, three in number in this embodiment.

Dans une alimentation traditionnelle, les enroulements primaires 6 et 7 sont branchés en série, et reçoivent donc chacun une tension de 115 volts (pour un secteur alternatif de 230 volts). In a traditional power supply, the primary windings 6 and 7 are connected in series, and therefore each receive a voltage of 115 volts (for an AC sector of 230 volts).

Ici, ils ont à contrario branchés en paralléle sur les deux bornes de sortie 11,12 d 'un circuit électronique auxiliaire 13, à interrupteurs commandés, qui, conformément à 1 invention, est intercalé entre les bornes secteur 2,3 et ce transformateur à carcasse tôlée 4.Here, on the contrary, they are connected in parallel to the two output terminals 11, 12 of an auxiliary electronic circuit 13, with controlled switches, which, according to the invention, is interposed between the mains terminals 2,3 and this transformer at sheet metal frame 4.

Le circuit 13 comporte deux interrupteurs électroniques 14,15 qui fonctionnent de manière complémentaire, c'est à dire que 1 'ouverture de 1 'un entraine ipso-facto la fermeture de l ' autre et vice-versa. The circuit 13 includes two electronic switches 14,15 which operate in a complementary manner, that is to say that the opening of one causes ipso facto the closing of the other and vice versa.

L'interrupteur 15 est placé entre les bornes 11 et 12, de sorte que sa fermeture entraine le court-circuitage des deux enroulements primaires 6 et 7. The switch 15 is placed between the terminals 11 and 12, so that its closing causes the two primary windings 6 and 7 to short-circuit.

L'interrupteur 14 est place entre les bornes 2 et 11, de sorte que les bornes 3 et 12 étant constamment reliées, sa fermeture entraine l'application directe de la tension secteur Va sur les deux bornes communes 11,12 des deux enroulements primaires 6,7. The switch 14 is placed between the terminals 2 and 11, so that the terminals 3 and 12 being constantly connected, its closure causes the direct application of the mains voltage Va on the two common terminals 11, 12 of the two primary windings 6 , 7.

Finalement, ou bien 1' interrupteur 14 est fermé, et par la suite l'interrupteur 15 est ouvert, et la tension Va est alors appliquée sur les deux enroulements primaires 6,7 en parallèle, ou bien et à contrario, l'interrupteur 14 est ouvert, et aucune tension n'est appliquee au primaire du transformateur 4, ce transformateur 6,7 étant alors court-circuité. Finally, either the switch 14 is closed, and subsequently the switch 15 is open, and the voltage Va is then applied to the two primary windings 6,7 in parallel, or alternatively, the switch 14 is open, and no voltage is applied to the primary of the transformer 4, this transformer 6,7 then being short-circuited.

Le dispositif 13 est commandé sur une borne 16 qui reçoit un signal de commande d ' ouverture et fermeture de 1 'interrupteur 14 d ' un circuit 17 qui effectue à lui-seul le redressement et filtrage des tensions secondaires obtenues en 8, 9 et 10, ainsi que le contrôle et la régulation des tensions continues de sortie fournies à la platine en 18, 19, et 20. La commande de régulation est appliquée en 16 via la sortie de régulation 21 et via un circuit d'isolement galvanique 22. The device 13 is controlled on a terminal 16 which receives an opening and closing control signal from the switch 14 of a circuit 17 which alone rectifies and filters the secondary voltages obtained in 8, 9 and 10 , as well as the control and regulation of the DC output voltages supplied to the plate at 18, 19, and 20. The regulation command is applied at 16 via the regulation output 21 and via a galvanic isolation circuit 22.

Le fonctionnement du circuit de la figure 1 sera maintenant explicité à 1 'aide du diagramme de la figure 2 qui représente, sur trois demi-alternances successives, la tension alternative Va en fonction du temps t.The operation of the circuit of FIG. 1 will now be explained with the aid of the diagram of FIG. 2 which represents, on three successive half-vibrations, the alternating voltage Va as a function of time t.

Sur ce diagramme sont également indiquées les phases :4, 2#, 3#,..., de la sinusoide 23 représentative de la tension Va. On this diagram are also indicated the phases: 4, 2 #, 3 #, ..., of the sinusoid 23 representative of the voltage Va.

En regime etabli, le fonctionnement est, en considérant la première demi-alternance de la courbe 23, le suivant
Pendant l'intervalle de temps compris entre l'instant to où la phase est 0 et tl où la phase est égale à < /3, l'interrupteur 15 est fermé et l'interrupteur 14 ouvert : aucune tension n' est appliquée au transformateur 4 et son primaire est court-circuité.In established regime, the operation is, considering the first half-wave of curve 23, the following
During the time interval between instant to when the phase is 0 and tl where the phase is equal to </ 3, the switch 15 is closed and the switch 14 open: no voltage is applied to the transformer 4 and its primary is short-circuited.

Ce transformateur ne reçoit donc aucun courant magnétisant, mais le courant magnétisant qui existait antérieurement est maintenu.This transformer therefore receives no magnetizing current, but the magnetizing current which previously existed is maintained.

Entre tî et t2, c'est à dire entre les phases < /3 et 2f#/3, le contraire se produit, c'est à dire que le tension alternative Va est appliquée aux deux enroulements primaires 6,7 en parallèle. Between tî and t2, that is to say between phases </ 3 and 2f # / 3, the opposite occurs, that is to say that the alternating voltage Va is applied to the two primary windings 6,7 in parallel.

Entre t2 et t3, c'est à dire entre 2suc/3 et < , les enroulements primaires 6,7 sont à nouveau en court-circuit, avec 1 'interrupteur 14 ouvert. On montre alors facilement, par simple calcul d'intégrale, que le transformateur 4 reçoit alors la même magnétisation qu'il recevrait s'il était branché sur Va de manière traditionnelle, c'est à dire avec ses deux demi-enroulements primaires 6,7, en série et durant toute la durée de la demi alternance. Between t2 and t3, ie between 2suc / 3 and <, the primary windings 6,7 are again in short circuit, with the switch 14 open. It is then easily shown, by simple integral calculation, that the transformer 4 then receives the same magnetization that it would receive if it were connected to Va in the traditional way, that is to say with its two primary half-windings 6, 7, in series and throughout the duration of the half-cycle.

Du point de vue des tensions redressées obtenues en 18,19,20, aucune différence ntexiste avec les dispositifs classiques, puisque ce n est, vu la technique de redressement à capacité en tête, qu'autour des sommets 24,25,26 des demialternances que s'effectue en fait l'obtention de ces tensions redressées.En revanche, pour un même courant magnétisant total, le transformateur n'est plus sollicité que le tiers du temps, et la puissance redressée obtenue pour un même transformateur est théoriquement 4 fois supérieure (en pratique, compte-tenu des facteurs de pertes, de 2 à 4 fois supérieure): ceci signifie que, pour les mêmes performances, le transformateur 4 utilisé peut être de 2 à 4 fois plus petit, et qu'il devient alors tout à fait compatible avec l'utilisation sur une platine électronique de petite puissance à composants miniaturisés. From the point of view of the rectified tensions obtained in 18,19,20, no ntexist difference with the traditional devices, since it is not, considering the technique of rectification with capacity in head, that around the tops 24,25,26 of the half that these rectified voltages are in fact obtained. On the other hand, for the same total magnetizing current, the transformer is no longer used than a third of the time, and the rectified power obtained for the same transformer is theoretically 4 times higher (in practice, taking into account the loss factors, from 2 to 4 times higher): this means that, for the same performances, the transformer 4 used can be 2 to 4 times smaller, and it then becomes fully compatible with use on a small power electronic board with miniaturized components.

Les tensions redressées 18 à 20 sont en outre très avantageusement régulées par le dispositif 17,22,13. En effet, il suffit de faire varier, en maintenant par exemple constant 1 'intervalle (t2-tî), la valeur de 1 'intervalle (tî-to) pour que la tension redressée (qui dépend de la valeur de la surface de fonctionnement hachurée S) varie en consequence: afin de maintenir constantes ces tensions redressées, la boucle de régulation 17,22,13 fait varier en conséquence cet intervalle (tl-to). The rectified voltages 18 to 20 are moreover very advantageously regulated by the device 17,22,13. Indeed, it suffices to vary, by keeping constant for example the interval (t2-tî), the value of the interval (tî-to) so that the rectified voltage (which depends on the value of the operating surface hatched S) varies accordingly: in order to keep these rectified voltages constant, the regulation loop 17,22,13 varies this interval (tl-to) accordingly.

Bien entendu, d' autres dispositions peuvent être adoptées, et par exemple on peut maintenir constant cet intervalle (ti-to) et faire varier à contrario l'intervalle de fonctionnement (t2-tl) afin de réguler les tensions redressées 18 à 20. Of course, other arrangements can be adopted, and for example one can keep this interval constant (ti-to) and vary the operating interval on the contrary (t2-tl) in order to regulate the rectified voltages 18 to 20.

Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit, mais elle est bien au contraire susceptible d'être mise en oeuvre sous de multiples autres formes d'exécution équivalentes. It goes without saying that the invention is not limited to the embodiment which has just been described, but on the contrary is capable of being implemented in multiple other equivalent embodiments.

Claims

1 - Device for supplying DC voltage for electronic circuit, this supply using a supply (1) of alternating voltage (Va) of power and making use of a low-frequency transformer with traditional ferromagnetic frame (4) followed by elements (17) rectifying and filtering, characterized in that between this supply (2,3) of alternating voltage (Vo) and the primary windings (6,7) of this transformer (4), is inserted a device (13 ) able, during each half-wave of the alternating voltage (Va), to apply this voltage (23) to these primary windings (6,7) only for a determined period of time (t2-ti) equal to a fraction of the duration of this half-cycle, and correspondingly to short-circuit these primary windings (6,7) during the remainder (tî-to and t3-t2) of the duration of this same half-cycle.

2 - Supply device according to claim 1, this device using a transformer (4) traditionally comprising two primary windings (6,7) identical and distinct, which would normally be connected in series on the sector (1), characterized in that these two primary windings (6,7) are here branched in parallel.

3 - A supply device according to claim 1 or claim 2 characterized in that the period of time (t2-tî) during which the alternating voltage (Va) is applied during a half-cycle to these primary windings ( 6.7), is at most equal to a third of the duration (t3-to) of this half-cycle.

4 - Feeding device according to one of claims 1 to 3, characterized in that it is equipped with means (17,22,16,13) for controlling the time position (tel) or the duration (t2-ti ) of this period of time in order to thus regulate the DC voltage (s) (18,19,20) delivered at the output of said rectifying and filtering elements.