FR2707052A1

FR2707052A1 -

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Publication number: FR2707052A1
Application number: FR9307565A
Authority: FR
Original assignee: Moulinex SA
Current assignee: Moulinex SA
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1993-06-22
Publication date: 1994-12-30
Anticipated expiration: 2013-06-22
Also published as: EP0705528A1; WO1995001083A1; EP0705528B1; FR2707052B1; DE69408535T2; DE69408535D1

Abstract

La présente invention se rapporte à un générateur de haute tension destiné à l'alimentation d'une charge d'utilisation et comprenant un transformateur élévateur de tension comportant un étage primaire connecté à un circuit primaire, et un étage secondaire présentant un enroulement connecté à un circuit secondaire comprenant la charge d'utilisation, ledit circuit primaire reliant l'étage primaire du transformateur à une source d'énergie électrique et comportant des moyens de commutation de manière à alimenter le transformateur en courant haute fréquence. Selon l'invention, l'étage primaire comprend un premier et un second enroulement, ledit circuit primaire étant relié au premier enroulement et, par l'intermédiaire d'une capacité au second enroulement, ledit second enroulement étant monté en série avec le premier enroulement aux bornes de la capacité. L'invention s'applique à l'alimentation en haute tension des magnétrons de fours à micro-ondes.The present invention relates to a high voltage generator intended for supplying a use load and comprising a step-up transformer comprising a primary stage connected to a primary circuit, and a secondary stage having a winding connected to a secondary circuit comprising the load of use, said primary circuit connecting the primary stage of the transformer to a source of electrical energy and comprising switching means so as to supply the transformer with high frequency current. According to the invention, the primary stage comprises a first and a second winding, said primary circuit being connected to the first winding and, via a capacitor to the second winding, said second winding being connected in series with the first winding across the capacity. The invention applies to the high voltage supply of magnetrons in microwave ovens.

Description

GENERATEUR DE HAUTE TENSION
La présente invention se rapporte à un générateur de haute tension destiné à l'alimentation d'au moins une charge d'utilisation du type unidirectionnel telle que, par exemple, un magnétron ou un tube électronique et comprenant un transformateur élévateur de tension comportant un étage primaire connecté à un circuit primaire, et un étage secondaire présentant un enroulement connecté à un circuit secondaire comprenant la charge d'utilisation, ledit circuit primaire étant relié à une source d'énergie électrique et comportant des moyens de commutation électronique de manière à alimenter ledit transformateur en courant haute fréquence.HIGH VOLTAGE GENERATOR
The present invention relates to a high voltage generator for supplying at least one utilization load of the unidirectional type such as, for example, a magnetron or an electronic tube and comprising a step-up transformer comprising a stage primary connected to a primary circuit, and a secondary stage having a winding connected to a secondary circuit comprising the load of use, said primary circuit being connected to a source of electrical energy and having electronic switching means so as to supply said transformer in high frequency current.

On connaît des générateurs où un circuit résonnant est réalisé autour d'un circuit comprenant une self et une capacité et relié au primaire du transformateur. Une telle réalisation est particulièrement désavantageuse, notamment du point de vue du coût et en raison de la multiplicité des circuits magnétiques. Generators are known where a resonant circuit is formed around a circuit comprising a choke and a capacitance and connected to the primary of the transformer. Such an embodiment is particularly disadvantageous, especially from the point of view of cost and because of the multiplicity of magnetic circuits.

On connaît aussi des générateurs où sur la même ferrite du transformateur on réalise un second enroulement secondaire relié par ses bornes à une capacité de manière à réaliser un circuit d'accord de résonnance série. Generators are also known where on the same ferrite of the transformer a second secondary winding connected by its terminals to a capacitance so as to produce a series resonant tuning circuit.

La réalisation de tels transformateurs se heurte à un certain nombre de difficultés tenant notamment aux exigences d'une bonne isolation de l'étage haute tension et à la réalisation de bobines permettant un couplage étroit entre l'étage primaire et l'enroulement du circuit de résonance. The production of such transformers encounters a certain number of difficulties, in particular due to the requirements of good insulation of the high-voltage stage and to the production of coils allowing a close coupling between the primary stage and the winding of the circuit. resonance.

Pour éviter la saturation de la ferrite du transformateur par le fait d'une induction trop forte, on est amené à augmenter la taille des ferrites et le nombre de spires de l'enroulement primaire. Par ailleurs, on essaie d'avoir pour le transformateur lui-même une self de fuite petite devant la self dite de magnétisation. To avoid saturation of the transformer ferrite due to too strong induction, it is necessary to increase the size of the ferrites and the number of turns of the primary winding. Moreover, we try to have for the transformer itself a small leakage self in front of the so-called magnetization self.

Toutes ces contraintes, liées à la nécessité d'un bon couplage du transformateur contribuent à augmenter la taille et le prix de ce composant. All these constraints, related to the need for a good coupling of the transformer contribute to increase the size and the price of this component.

Le but de la présente invention est la réalisation d'un transformateur d'un prix réduit, qui soit parfaitement adapté à une utilisation dans un générateur de haute tension pour four à micro-ondes et susceptible d'une fabrication en grande série. The object of the present invention is the realization of a transformer of a reduced price, which is perfectly suitable for use in a high voltage generator for microwave oven and capable of mass production.

Selon l'invention, l'étage primaire du transformateur comprend un premier et un second enroulement, ledit circuit primaire étant connecté sur le premier enroulement et, par l'intermédiaire d'une capacité, sur le second enroulement, ledit second enroulement étant monté en série avec le premier enroulement aux bornes de la capacité, de manière à réaliser un circuit oscillant. According to the invention, the primary stage of the transformer comprises a first and a second winding, said primary circuit being connected to the first winding and, via a capacitor, to the second winding, said second winding being mounted in series with the first winding across the capacitor, so as to realize an oscillating circuit.

Grâce à l'invention, on obtient un excellent couplage, particulièrement entre le premier enroulement primaire et le circuit résonnant résultant, ainsi qu'une self de fuite faible devant la self de magnétisation. Thanks to the invention, an excellent coupling is obtained, particularly between the first primary winding and the resulting resonant circuit, as well as a low leakage choke in front of the magnetization choke.

Les caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue du schéma électrique du trans
formateur et du circuit résonnant selon l'invention, - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe de différen
tes géométries de réalisation d'un transformateur selon
l'invention, - la figure 4 est un schéma équivalent d'un transforma
teur à résonnance du type connu, - les figures 5 et 6 sont des vues schématiques de deux
variantes de réalisation du circuit secondaire dans un
générateur selon l'invention.The features, details and advantages of the invention will emerge from the following description, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which: - Figure 1 is a view of the electrical diagram of the trans
and the resonant circuit according to the invention, - Figures 2 and 3 are sectional views of different
your geometries of realization of a transformer according to
the invention - FIG. 4 is an equivalent diagram of a transforma
resonator of the known type, - Figures 5 and 6 are diagrammatic views of two
variants of the secondary circuit in a
generator according to the invention.

Le générateur fait appel à un transformateur à résonnance série dont le fonctionnement est particulièrement adapté à un circuit primaire comprenant des moyens de commutation constitués de commutateurs du type IGBT ou
MCT.The generator uses a series resonance transformer whose operation is particularly adapted to a primary circuit comprising switching means consisting of switches of the IGBT type or
MCT.

Le générateur de haute tension est destiné à l'alimentation d'une ou éventuellement plusieurs charges du type unidirectionnel tel que, par exemple, un magnétron de four à micro-ondes ou un tube électronique, et comprend un transformateur élévateur de tension comportant, comme on peut le voir à la figure 1, un étage primaire E1 connecté à un circuit primaire et un étage secondaire E2 présentant un enroulement L3 connecté à un circuit secondaire SO,S1 comprenant la charge d'utilisation, ledit circuit primaire reliant l'étage primaire E1 du transformateur T à une source d'énergie électrique B0,B1 et comportant des moyens de commutation
K de manière à alimenter le transformateur T en courant haute fréquence.The high voltage generator is intended for supplying one or possibly several loads of the unidirectional type such as, for example, a microwave oven magnetron or an electron tube, and comprises a step-up transformer comprising, as it can be seen in FIG. 1, a primary stage E1 connected to a primary circuit and a secondary stage E2 having a winding L3 connected to a secondary circuit SO, S1 comprising the load of use, said primary circuit connecting the primary stage E1 of the transformer T to a source of electrical energy B0, B1 and comprising switching means
K for supplying the transformer T with high frequency current.

On connaît des générateurs comprenant des transformateurs à résonnance parallèle où les commutateurs, en parallèle avec une diode, et montés dans le circuit primaire, réalisent une commutation dite à zéro tension. Néanmoins lors de l'ouverture du commutateur, il persiste une "queue de courant" due à des porteurs minoritaires et qui entraîne une dissipation de chaleur non négligeable dans ces composants. Dans un générateur avec transformateur à résonnance série, on réalise une commutation dite à zéro courant, et on évite cet inconvénient. There are known generators comprising parallel resonance transformers where the switches, in parallel with a diode, and mounted in the primary circuit, perform a so-called zero voltage switching. Nevertheless, when the switch is opened, a "current tail" persists due to minority carriers and causes significant heat dissipation in these components. In a generator with series resonance transformer, a so-called zero current switching is performed, and this disadvantage is avoided.

Un transformateur à résonnance série, c'est-àdire un transformateur à self inductance de fuite sur une capacité, se présente en général comme un élément de type inductif pour les basses fréquences et de type résonnant lorsque la fréquence s'élève. A series resonant transformer, ie a transformer with self-leakage inductance on a capacitance, is generally an inductive type element for low frequencies and resonant type when the frequency rises.

Un tel élément, comme schématisé à la figure 4, résulte de l'association d'un transformateur parfait
TP, une self-inductance L et d'une capacité C.Such an element, as shown diagrammatically in FIG. 4, results from the combination of a perfect transformer
TP, a self-inductance L and a capacitance C.

Selon l'invention, l'étage primaire E1 du transformateur T comprend un premier et un second enroulement L1,L2, le circuit primaire étant relié d'une part au premier enroulement L1 et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une capacité C, au second enroulement
L2, ledit second enroulement L2 étant monté en série avec le premier enroulement L1 aux bornes de la capacité C, de manière à réaliser un circuit oscillant.According to the invention, the primary stage E1 of the transformer T comprises a first and a second winding L1, L2, the primary circuit being connected on the one hand to the first winding L1 and, on the other hand, via a capacity C, at the second winding
L2, said second winding L2 being connected in series with the first winding L1 across the capacitor C, so as to provide an oscillating circuit.

Avantageusement, on pourra recourir à un transformateur présentant un enroulement primaire muni d'une prise intermédiaire et d'une prise à chaque extrémité. Le circuit primaire relie une prise d'extrémité et la prise intermédiaire à la source d'énergie B0,B1 et les deux prises d'extrémités sont reliées entre elles par la capacité C. Ainsi, les inductances des deux enroulements L1 et L2, constitués respectivement par l'enroulement de part et d'autre de la prise intermédiaire, sont en série dans le circuit oscillant qui comporte la capacité C. Advantageously, it is possible to use a transformer having a primary winding provided with an intermediate socket and a socket at each end. The primary circuit connects an end plug and the intermediate plug to the power source B0, B1 and the two end plugs are interconnected by the capacitor C. Thus, the inductances of the two windings L1 and L2, constituted respectively by the winding on either side of the intermediate socket, are in series in the oscillating circuit which comprises the capacitor C.

Le transformateur haute fréquence à résonnance série selon l'invention intègre la self L et le transformateur TP sur le même circuit magnétique et grâce à une disposition géométrique particulière des enroulements sur le circuit magnétique on réalise entre les enroulements des couplages adaptés au fonctionnement de la charge d'utilisation susceptible d'être alimentée. The high frequency resonance series transformer according to the invention integrates the inductor L and the transformer TP on the same magnetic circuit and thanks to a particular geometrical arrangement of the windings on the magnetic circuit, couplings adapted to the operation of the load are produced between the windings. of use that can be powered.

Dans la réalisation d'un circuit résonnant à partir d'une self L et d'un condensateur C, pour un transformateur T d'un générateur de haute tension pour un four à micro-ondes, il est nécessaire de remplir certaines conditions et notamment - l'enroulement de l'étage secondaire du transformateur
doit se comporter comme un circuit selfique, notamment
lorsqu'il est relié à des moyens de redressement com
portant par exemple des diodes, de manière à limiter
les contraintes sur les diodes - la self L servant à réaliser le circuit oscillant doit
être assez fortement couplée avec la self de
l'enroulement primaire du transformateur T - la valeur de la self de l'étage primaire doit être
assez faible mais l'enroulement primaire doit cependant
présenter un nombre de tours assez grand en raison
notamment de l'induction maximale admissible, avant
saturation du circuit magnétique - l'enroulement secondaire doit enfin être géométrique
ment séparé, particulièrement pour assurer une bonne
isolation de la haute tension de l'étage secondaire.In the embodiment of a resonant circuit from a choke L and a capacitor C, for a transformer T of a high-voltage generator for a microwave oven, it is necessary to fulfill certain conditions and especially - the winding of the secondary stage of the transformer
must behave like an inductive circuit, especially
when connected to com.
for example diodes, so as to limit
the stresses on the diodes - the inductor L used to make the oscillating circuit must
to be quite strongly coupled with the self of
the primary winding of the transformer T - the value of the inductance of the primary stage must be
quite weak but the primary winding however needs
present a number of towers big enough because
including the maximum allowable induction, before
saturation of the magnetic circuit - the secondary winding must finally be geometric
separated, especially to ensure good
high voltage insulation of the secondary stage.

Pour obtenir un bon couplage entre les dif férents enroulements, notamment entre l'enroulement primaire et l'enroulement de la self L du circuit d'accord, une solution serait de réaliser les enroulements sur des bobines cylindriques coaxiales. To obtain a good coupling between the different windings, in particular between the primary winding and the winding of the choke L of the tuning circuit, one solution would be to make the windings on coaxial cylindrical coils.

Un tel transformateur est constitué de trois carcasses de bobines assemblées et reste particulièrement coûteux, surtout dans une application de grande série. Such a transformer consists of three assembled coil carcasses and remains particularly expensive, especially in a large series application.

Conformément à l'invention , on pourra encore réaliser les deux enroulements des étages primaire et secondaire sur une seule carcasse, comme cela est illustré à la figure 2 et à la figure 3. According to the invention, the two windings of the primary and secondary stages can be made on a single carcass, as illustrated in FIG. 2 and FIG.

Les représentations schématiques des figures 2 et 3 qui sont des réalisations de transformateurs selon l'invention montrent un transformateur T constitué d'une ferrite 1, d'une carcasse 2 comprenant des bobines 3, 4 et 5 portant les enroulements dits primaires L1 et L2 et un enroulement secondaire L3. The schematic representations of FIGS. 2 and 3 which are embodiments of transformers according to the invention show a transformer T consisting of a ferrite 1, a carcass 2 comprising coils 3, 4 and 5 carrying the so-called primary windings L1 and L2 and a secondary winding L3.

Une disposition des enroulements L1 et L2 dans une réalisation telle que représentée schématiquement à la figure 2 entraîne un couplage relativement faible entre les enroulements L1 et L2. Pratiquement, il est difficile de dépasser un coefficient de couplage de l'ordre de 0,7. An arrangement of the windings L1 and L2 in an embodiment as shown schematically in Figure 2 causes a relatively low coupling between the windings L1 and L2. In practice, it is difficult to exceed a coupling coefficient of the order of 0.7.

Néanmoins, le fait d'avoir selon l'invention une partie commune entre le circuit primaire et le circuit résonnant constitué de la capacité C et des enroulements L1 et L2 entraîne le couplage effectif élevé entre le "primaire" vu entre les bornes Bo et B1 et la selfinductance L1 + L2 du circuit résonnant. However, the fact of having according to the invention a common part between the primary circuit and the resonant circuit consisting of the capacitor C and the windings L1 and L2 results in the high effective coupling between the "primary" seen between the terminals Bo and B1 and the selfinductance L1 + L2 of the resonant circuit.

Les deux enroulements de l'étage primaire ont un coefficient de couplage mutuel compris entre 0,5 et 0,7 et présentent des valeurs de self-inductance sensiblement égales. Avec de telles valeurs du coefficient de couplage, on atteint un coefficient de couplage effectif de l'ordre de 0,9. The two windings of the primary stage have a mutual coupling coefficient of between 0.5 and 0.7 and have substantially equal values of self-inductance. With such values of the coupling coefficient, an effective coupling coefficient of the order of 0.9 is reached.

Le circuit secondaire comprenant une charge d'utilisation peut être réalisé selon plusieurs variantes. Deux versions particulièrement intéressantes pour l'alimentation d'un magnétron sont illustrés aux figures 5 et 6. The secondary circuit comprising a load of use can be made according to several variants. Two particularly interesting versions for feeding a magnetron are illustrated in FIGS. 5 and 6.

Selon une première version (fig. 5), le circuit secondaire comprend des moyens de redressement. La charge d'utilisation U présente deux bornes M1,M2 d'alimentation reliées, d'une part, à une première borne
N1 de l'enroulement secondaire L3, respectivement par deux diodes D1 et D2 polarisées de façon opposée l'une par rapport à l'autre, et, d'autre part, à une seconde borne N2 de l'enroulement secondaire L3 respectivement par deux capacités C1 et C2.According to a first version (FIG 5), the secondary circuit comprises rectifying means. The utilization load U has two supply terminals M1, M2 connected, on the one hand, to a first terminal
N1 of the secondary winding L3, respectively by two diodes D1 and D2 polarized oppositely with respect to each other, and secondly, at a second terminal N2 of the secondary winding L3 respectively by two C1 and C2 capabilities.

Dans une deuxième version, plus simple encore, le circuit comprend un magnétron M directement branché aux bornes de l'enroulement secondaire L3 et une capacité de filtrage branchée en parallèle aux bornes du magnétron. La capacité Cf représentée à la figure 6 et qui est branchée en parallèle au magnétron M représente en fait l'association de plusieurs capacités, notamment de capacités de filtrage et de capacités internes au magnétron. In a second and simpler version, the circuit comprises a magnetron M directly connected to the terminals of the secondary winding L3 and a filtering capacitor connected in parallel across the magnetron. The capacitor Cf shown in FIG. 6 and connected in parallel with the magnetron M actually represents the combination of several capacitors, in particular filtering capacitances and capacitances internal to the magnetron.

Ainsi, grâce à l'invention, il est possible d'avoir un bon couplage entre l'enroulement primaire du transformateur et le circuit résonnant tout en rendant possible une géométrie de réalisation des bobines particulièrement simple. Thus, thanks to the invention, it is possible to have a good coupling between the primary winding of the transformer and the resonant circuit while making possible a geometry of realization of the coils particularly simple.

De surcroît, une induction modérée dans le circuit magnétique évite sa saturation trop rapide et permet de recourir à des ferrites de taille relativement modeste. In addition, a moderate induction in the magnetic circuit avoids its saturation too fast and allows the use of ferrites of relatively modest size.

Claims

A high voltage generator for supplying at least one unidirectional type of utilization load such as, for example, a magnetron or an electron tube and comprising a step-up transformer (T) comprising a primary stage ( E1) connected to a primary circuit, and a secondary stage (E2) having a winding (L3) connected to a secondary circuit (S0, S1) comprising the load of use, said primary circuit connecting the primary stage (E1) of the transformer (T) to a source of electrical energy (BO, B1) and having switching means (K) so as to supply the transformer with high frequency current, characterized in that the primary stage (E1) of the transformer ( T) comprises a first and a second winding (L1, L2), the primary circuit being connected to the first winding (L1) and, via a capacitor (C) to the second winding (L2), said second winding (L1); L2) being mounted in series to with the first winding (L1) across the capacitor (C), so as to realize an oscillating circuit.

2. high voltage generator according to claim 1, characterized in that the two windings of the primary stage have a mutual coupling coefficient between 0.5 and 0.7 and have substantially equal inductance values.

3. High voltage generator according to claim 1 or 2, characterized in that the two windings of the primary and secondary stages are formed on a single carcass.

4. High voltage generator according to any one of the preceding claims, characterized in that the secondary circuit further comprises rectifying means.

5. High voltage generator according to claim 4, characterized in that the utilization load (U) has two supply terminals (M1, M2) connected, on the one hand, to a first terminal (N1) of the secondary winding (L3) by respectively two rectifying diodes (D1, D2) polarized oppositely to each other, and secondly to a second terminal (N2) of the secondary winding (L3) respectively by two capacities (C1, C2).

6. High voltage generator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the secondary circuit comprises a filtering capacitor connected in parallel to the terminals of a magnetron.

7. Generator according to any one of the preceding claims, characterized in that the switching means are switches of the IGBT or MCT type.