FR2698500A1 - Medium or high power electronic switching circuit for DC=DC voltage converter - includes primary circuit with load capacitor, and resonant circuit providing discharge of stored energy within capacitor - Google Patents
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Abstract
Description
Circuit interrupteur électronique de moyenne ou forte puissance. et convertisseur de tension continu-continu en faisant application.Medium or high power electronic switch circuit. and DC-DC voltage converter by applying.
La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux circuit interrupteurs électroniques de moyenne ou forte puissance, à faibles pertes de commutation et protégés contre l'influence électromagnétique ambiante, ainsi qu'aux convertisseurs de tension continu-continu pour moyenne ou forte puissance, à faibles pertes de commutation et protégés contre l'influence électromagnétique ambiante. The present invention relates to improvements made to electronic switch circuits of medium or high power, with low switching losses and protected against ambient electromagnetic influence, as well as to DC-DC voltage converters for medium or high power, with low losses. protected against ambient electromagnetic influence.
Dans les interrupteurs électroniques de moyenne ou forte puissance fonctionnant à des vitesses élevées, les pertes de commutation deviennent prohibitives particulièrement lorsque la charge à commuter est selfique. Cette difficulté est généralement résolue par l'adjonction d'un réseau "d'aide à la commutation" qui, lors des commutations, permet de faire travailler l'interrupteur à tension nulle ou à courant nul, ce qui réduit considérablement, voire annule les pertes. In medium or high power electronic switches operating at high speeds, switching losses become prohibitive, particularly when the load to be switched is inductive. This difficulty is generally solved by the addition of a "switching aid" network which, during switching operations, makes it possible to operate the switch at zero voltage or at zero current, which considerably reduces or even cancels the losses.
Un exemple très couramment employé d'interrupteur électronique associé à un réseau d'aide à la commutation est représenté à la fig. 1 du dessin annexé. A very commonly used example of an electronic switch associated with a switching assistance network is shown in FIG. 1 of the accompanying drawing.
Ce circuit est simple à mettre en oeuvre et ne comporte qu'un nombre réduit de composants, savoir - une inductance LR montée en série avec la charge A dont
l'autre borne est raccordée à une borne de tension
d'alimentation V, cette inductance LR pouvant éventuelle
ment n'être que la propre composante selfique de la charge
A ; et - un condensateur Cor monté en série avec une diode DR aux
bornes de laquelle est connectée en parallèle une résis
tance R R' l'ensemble étant connecté en parallèle aux
bornes d'un interrupteur I dont la borne de sortie est
raccordée à l'autre pôle de tension d'alimentation.This circuit is simple to implement and comprises only a reduced number of components, namely - an LR inductance connected in series with the load A,
the other terminal is connected to a voltage terminal
supply V, this inductance LR possibly being
be only the own inductive component of the charge
AT ; and - a capacitor Cor connected in series with a diode DR aux
terminals of which a resis is connected in parallel
tance RR 'the assembly being connected in parallel to
terminals of a switch I whose output terminal is
connected to the other supply voltage pole.
Lors de la fermeture de l'interrupteur I, la présence de l'inductance LR en série avec la charge fait que la commutation s'effectue à courant nul, l'inductance LR retardant et contrôlant l'établissement du courant dans la charge A. When the switch I is closed, the presence of the LR inductor in series with the load means that the switching takes place at zero current, the LR inductor delaying and controlling the establishment of current in load A.
Lors de l'ouverture de l'interrupteur I, le courant continue de circuler en passant par la diode DR pour charger le condensateur CR. Dans ces conditions, l'ouverture de l'interrupteur s'effectue à tension nulle, la tension aux bornes du condensateur CR, donc aux bornes de l'interrupteur
I (à la tension aux bornes de la diode DR près), s'élevant progressivement suivant l'équation de charge donnée par le condensateur C R' l'inductance LR et la charge A ; le condensateur CR cesse de se charger lorsque toute l'énergie magnétisante de l'inductance LR lui a été transférée. La décharge du condensateur CR s'effectue à travers la résistance RR lors de la phase suivante de conduction de l'interrupteur I.When the switch I opens, the current continues to flow through the diode DR to charge the capacitor CR. Under these conditions, the switch is opened at zero voltage, the voltage across the CR capacitor, therefore across the switch
I (to the voltage across the terminals of the diode DR), gradually increasing according to the charge equation given by the capacitor CR 'the inductance LR and the charge A; the capacitor CR ceases to charge when all the magnetizing energy of the inductance LR has been transferred to it. The capacitor CR is discharged through the resistor RR during the next phase of switch I conduction.
Cette solution connue présente certes l'avantage de supprimer les pertes de commutation, mais présente par contre l'inconvénient que toute l'énergie magnétisante accumulée dans l'inductance LR lorsque l'interrupteur I est passant est transférée ensuite dans le condensateur CR lors de l'ouverture de l'interrupteur I, pour être ensuite dissipée dans la résistance RR lors de la phase suivante de conduction de l'interrupteur I. Il en résulte des pertes sensibles dans des circuits fonctionnant à fréquence élevée. This known solution certainly has the advantage of eliminating the switching losses, but on the other hand has the disadvantage that all the magnetizing energy accumulated in the inductance LR when the switch I is on is then transferred to the capacitor CR during the opening of the switch I, to then be dissipated in the resistor RR during the next phase of conduction of the switch I. This results in substantial losses in circuits operating at high frequency.
On connaît certes des solutions permettant de remédier à cet inconvénient, mais cela conduit à accroître la tension aux bornes de l'interrupteur I, lequel est constitué en pratique par un transistor ou un ensemble de transistors qui doivent alors être choisis avec des caractéristiques plus élevées et qui sont par conséquent plus chers; il en résulte également une plus grande difficulté pour assurer une modulation en largeur. D'une façon générale, le circuit devient plus complexe et plus onéreux. Solutions are certainly known which make it possible to remedy this drawback, but this leads to increasing the voltage across the terminals of the switch I, which in practice consists of a transistor or a set of transistors which must then be chosen with higher characteristics. and which are therefore more expensive; it also results in greater difficulty in ensuring width modulation. In general, the circuit becomes more complex and more expensive.
Par ailleurs, ces circuits interrupteurs connus sont sensibles aux perturbations électromagnétiques ambiantes, ce qui limite leurs possibilités d'utilisation dans certains domaines d'application en atmosphère perturbée électromagnétiquement. Furthermore, these known switch circuits are sensitive to ambient electromagnetic disturbances, which limits their possibilities of use in certain fields of application in an electromagnetically disturbed atmosphere.
L'invention a essentiellement pour but de remédier aux inconvénients des circuits interrupteurs électroniques connus et de proposer un circuit perfectionné qui donne mieux satisfaction aux diverses exigences de la pratique, en particulier qui présente des pertes moindres pour des fréquences de fonctionnement élevées, qui demeure de structure simple, avec peu de composants et qui soit peu coûteux, et qui présente une bonne immunité contre les perturbations électromagnétiques ambiantes. The main object of the invention is to remedy the drawbacks of known electronic switch circuits and to propose an improved circuit which better meets the various requirements of practice, in particular which has lower losses for high operating frequencies, which remains simple structure, with few components and which is inexpensive, and which has good immunity against ambient electromagnetic disturbances.
A ces fins, un circuit interrupteur électronique tel que précité, étant agencé conformément à l'invention, se caractérise essentiellement en ce qu'il comprend un circuit interrupteur primaire, en soi connu, fonctionnant en tout ou rien et incluant un condensateur de charge et un circuit résonnant raccordé aux bornes du susdit condensateur de charge du circuit interrupteur primaire et excité à la commutation dudit circuit interrupteur primaire pour récupérer l'énergie électrique stockée dans le condensateur. For these purposes, an electronic switch circuit as mentioned above, being arranged in accordance with the invention, is essentially characterized in that it comprises a primary switch circuit, per se known, operating in all or nothing mode and including a charge capacitor and a resonant circuit connected to the terminals of the aforesaid charge capacitor of the primary switch circuit and excited at the switching of said primary switch circuit to recover the electrical energy stored in the capacitor.
Grâce à cet agencement original, le circuit résonnant récupère l'énergie stockée dans le condensateur et le transfère soit dans la source, soit sur un moyen d'utilisation (tension de sortie dans le cas d'un convertisseur continu-continu). Ce circuit résonnant auxiliaire joue le rôle de la résistance de décharge R R des circuits de l'art antérieur (fig. 1) et a sa commande synchronisée sur celle de l'interrupteur principal. Il en résulte une diminution notable des pertes de commutation, ainsi qu'un antiparasitage des interrupteurs électroniques en pratique constitués par des transistors. Thanks to this original arrangement, the resonant circuit recovers the energy stored in the capacitor and transfers it either to the source or to a means of use (output voltage in the case of a DC-DC converter). This auxiliary resonant circuit plays the role of the discharge resistance R R of the circuits of the prior art (fig. 1) and has its control synchronized with that of the main switch. This results in a significant reduction in switching losses, as well as interference suppression of electronic switches in practice constituted by transistors.
Dans un mode de réalisation préféré, le circuit interrupteur primaire comprend un premier organe interrupteur aux bornes duquel est connecté le condensateur et le circuit résonnant de décharge comprend un second organe interrupteur commandé en synchronisme avec le susdit premier organe interrupteur du circuit interrupteur primaire. In a preferred embodiment, the primary switch circuit comprises a first switch member at the terminals of which the capacitor is connected and the resonant discharge circuit comprises a second switch member controlled in synchronism with the aforementioned first switch member of the primary switch circuit.
Dans ce cas, le circuit résonnant de décharge peut avantageusement comprendre, disposés en série, une inductance et le second organe interrupteur branchés en parallèle aux bornes du condensateur. In this case, the resonant discharge circuit may advantageously comprise, arranged in series, an inductor and the second switch member connected in parallel across the terminals of the capacitor.
Lorsque le circuit ainsi agencé est destiné à avoir un mode de fonctionnement permanent, avec un facteur de forme sensiblement constant, le condensateur de charge peut être branché directement en parallèle sur le premier organe interrupteur. When the circuit thus arranged is intended to have a permanent operating mode, with a substantially constant form factor, the charge capacitor can be connected directly in parallel to the first switch member.
Par contre, pour des circuits fonctionnant en mode discontinu et avec un facteur de forme variable, il est souhaitable que le circuit interrupteur primaire comprenne, disposés en série, une diode et ledit condensateur branchés en parallèle sur le premier organe interrupteur. On the other hand, for circuits operating in discontinuous mode and with a variable form factor, it is desirable that the primary switch circuit include, arranged in series, a diode and said capacitor connected in parallel to the first switch member.
Un circuit interrupteur électronique agencé conformément à l'invention trouve tout son intérêt dans l'alimentation d'une charge selfique, son intérêt étant maximal pour l'alimentation d'une charge selfique pure, avec une puissance moyenne ou forte (c'est-à-dire égale ou supérieure à environ 40 W), dans une gamme de fréquences très étendue allant des fréquences très basses (aussi basses que souhaité) jusqu'à des fréquences de l'ordre du mégahertz (au-delà de laquelle un simple convertisseur résonnant se révèle suffisant). An electronic switch circuit arranged in accordance with the invention finds all its interest in the supply of a selfic load, its interest being maximum for the supply of a pure selfic load, with a medium or strong power (that is i.e. about 40 W or more), in a very wide frequency range from very low frequencies (as low as desired) to frequencies on the order of megahertz (beyond which a simple converter resonant is sufficient).
Le circuit conforme à l'invention n'exige qu'un nombre de composants restreints et peu coûteux, et son prix de revient reste faible eu égard aux avantages essentiels recueillis. The circuit according to the invention requires only a limited number of inexpensive components, and its cost remains low having regard to the essential advantages obtained.
Le circuit interrupteur électronique conforme à l'invention trouve une application particulièrement intéressante (bien que non exclusive) dans la réalisation de convertisseurs de tension continu-continu pour moyenne ou forte puissance, à faibles pertes de commutation et protégé contre l'influence électromagnétique ambiante, un transfor mateur de sortie T étant alors inclus dans le circuit résonnant de décharge. The electronic switch circuit according to the invention finds a particularly interesting application (although not exclusive) in the production of DC-DC voltage converters for medium or high power, with low switching losses and protected against ambient electromagnetic influence, an output transformer T then being included in the resonant discharge circuit.
De préférence alors, un enroulement primaire du transformateur est monté en série avec l'inductance et le second organe interrupteur du circuit résonnant de décharge. Preferably then, a primary winding of the transformer is mounted in series with the inductor and the second switch member of the resonant discharge circuit.
En pratique, il est avantageux que l'inductance du circuit résonnant de décharge soit constituée, au moins en partie, par l'enroulement primaire du transformateur.In practice, it is advantageous that the inductance of the resonant discharge circuit is constituted, at least in part, by the primary winding of the transformer.
Grâce à cet agencement, l'enroulement secondaire du transformateur permet la récupération de l'énergie du circuit résonnant dans une charge qui peut être une tension de sortie dans le cas envisagé de l'incorporation du circuit interrupteur dans un convertisseur de tension continucontinu (ou dans toute autre source de tension dans le cas d'emploi de l'interrupteur pour la commande d'un moteur ou d'un autre type de charge selfique). Thanks to this arrangement, the secondary winding of the transformer allows the recovery of the energy of the resonant circuit in a load which can be an output voltage in the case envisaged of the incorporation of the switch circuit in a DC voltage converter (or in any other voltage source if the switch is used to control a motor or another type of inductive load).
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de deux modes de réalisation particuliers de convertisseur de tension continu-continu, donnés uniquement à titre purement illustratif et représentés respectivement aux figures 2 et 3 du dessin annexé. The invention will be better understood on reading the detailed description of two particular embodiments of a DC-DC voltage converter, given solely by way of illustration and shown respectively in Figures 2 and 3 of the accompanying drawing.
Aux figures 2 et 3, on a conservé les mêmes références littérales pour désigner les organes ou éléments identiques à ceux de la figure 1. In FIGS. 2 and 3, the same literal references have been kept to designate the bodies or elements identical to those of FIG. 1.
Le circuit interrupteur représenté aux figures 2 et 3 comprend toujours un circuit interrupteur primaire fonctionnant en tout ou rien -qui est en soi connu-, constitué par l'inductance LR connectée en série entre la charge A et l'interrupteur principal I et par le condensateur CR connecté aux bornes de l'interrupteur I. La résistance RR du circuit antérieur de la figure 1 est remplacée par un circuit résonnant connecté en parallèle aux bornes du condensateur CR et excité à la commutation dudit circuit interrupteur primaire, en synchronisme avec celui-ci, pour récupérer l'énergie électrique stockée dans le condensateur et la restituer soit à la source, soit à un moyen d'utilisa tion. The switch circuit shown in Figures 2 and 3 always includes a primary switch circuit operating in all or nothing - which is known per se -, constituted by the inductance LR connected in series between the load A and the main switch I and by the CR capacitor connected to the terminals of the switch I. The resistor RR of the prior circuit of FIG. 1 is replaced by a resonant circuit connected in parallel to the terminals of the capacitor CR and excited at the switching of said primary switch circuit, in synchronism with it. ci, to recover the electrical energy stored in the capacitor and return it either to the source or to a means of use.
Le circuit résonnant auxiliaire comprend un second organe interrupteur Ix commandé en synchronisme avec l'interrupteur I du circuit interrupteur primaire et, en série avec l'interrupteur Ix, une inductance Lx, l'ensemble étant branché aux bornes du condensateur CR de telle sorte que l'inductance Lx et le condensateur CR forment le susdit circuit résonnant. The auxiliary resonant circuit comprises a second switch member Ix controlled in synchronism with the switch I of the primary switch circuit and, in series with the switch Ix, an inductance Lx, the assembly being connected across the terminals of the capacitor CR so that inductance Lx and capacitor CR form the above resonant circuit.
Dans le cas d'un circuit interrupteur destiné à fonctionner sur un mode permanent avec un facteur de forme sensiblement constant, le condensateur CR peut être monté directement en parallèle sur l'interrupteur I (fig. 3). In the case of a switch circuit intended to operate on a permanent mode with a substantially constant form factor, the capacitor CR can be mounted directly in parallel on the switch I (fig. 3).
Par contre, dans le cas d'un circuit à fonctionnement discontinu avec un facteur de forme variable, il est souhaitable, pour faciliter l'amorçage du circuit, d'interposer une diode DR entre l'inductance LR, d'un côté, et le point commun au condensateur CR et à l'inductance Lx, de l'autre côté (fig. 2). On the other hand, in the case of a discontinuous circuit with a variable form factor, it is desirable, to facilitate the priming of the circuit, to interpose a diode DR between the inductance LR, on one side, and the point common to the capacitor CR and to the inductance Lx, on the other side (fig. 2).
La puissance récupérée dans le circuit résonnant peut être transférée dans un circuit quelconque (tension de sortie dans le cas d'un convertisseur continu-continu comme représenté aux figures 2 et 3) par la mise en oeuvre d'un transformateur T dont l'enroulement primaire L1 est inséré en série dans la branche Lx, Ix du circuit résonnant et dont l'enroulement secondaire L2 peut comporter un redresseur (diode 9 pour un redressement monoalternance) pour délivrer une tension continue de sortie. En pratique dans ce cas, l'inductance Lx pourra être constituée simplement, en tout ou partie, par l'enroulement primaire L1 du transformateur
T.The power recovered in the resonant circuit can be transferred into any circuit (output voltage in the case of a DC-DC converter as shown in Figures 2 and 3) by the use of a transformer T whose winding primary L1 is inserted in series in the branch Lx, Ix of the resonant circuit and the secondary winding L2 of which may include a rectifier (diode 9 for single-phase rectification) to deliver a DC output voltage. In practice in this case, the inductance Lx can be constituted simply, in whole or in part, by the primary winding L1 of the transformer
T.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. As goes without saying and as it already follows from the above, the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more particularly envisaged; on the contrary, it embraces all its variants.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9214102A FR2698500B1 (en) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | Electronic switch circuit of medium or high power, and DC-DC voltage converter by applying. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9214102A FR2698500B1 (en) | 1992-11-24 | 1992-11-24 | Electronic switch circuit of medium or high power, and DC-DC voltage converter by applying. |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2698500A1 true FR2698500A1 (en) | 1994-05-27 |
| FR2698500B1 FR2698500B1 (en) | 1995-02-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TP | Transmission of property | ||
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20070731 |