FR2710207A1 - Convertisseur auto-compensé à faible facteur de crête du courant de sortie. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne les dispositifs convertisseurs électroniques alimentés par le secteur alternatif propres à délivrer en sortie un signal à fréquence élevée dont le facteur de crète offre une valeur sensiblement réduite. Le dispositif selon l'invention comprend un convertisseur 2 dont la sortie est chargée par le transformateur 3. Le secondaire 3b dudit transformateur charge le récepteur 5 à travers le condensateur 4 et un circuit de récupération comprenant le condensateur 6 associé au pont redresseur 7, ce circuit assurant la compensation du facteur de puissance du courant pris sur le réseau, la réduction de la distortion harmonique dudit courant ainsi que la réduction du facteur de crète du courant traversant ledit récepteur. Le dispositif est applicable à tous les convertisseurs utilisés dans l'industrie.

Description

La présente invention concerne les perfectionnements aux convertisseurs électroniques alimentés par le secteur alternatif.

Les dispositifs connus de ce genre présentent divers inconvénients, notamment, celui de délivrer un courant de sortie à fréquence élevée dont le facteur de crête excède sensiblement celui d'un courant sinusoïdal ayant même valeur efficace.

Ceci est particulièrement important lorsqu'il s'agit d'alimenter, à par-tir d'un tel convertisseur, une ou plusieurs lampes fluorescentes dont la durée de vie dépend essentiellement dudit facteur de crète.

Le dispositif selon l'invention permet de pallier à cet inconvenient et de réaliser des "ballasts électroniques" n'utilisant, par exemple, un transistor unique, lesquels peuvent offrir un facter de crète inférieur ifleme à 1.414.

La rit7,ure 1, ci-annexée, illustre un premier mode de réalisation du dispositif, objet de l'invention.

Selon ce mode de réalisation, le dispositif comprend un convertisseur électronique 2 dont l'alimentation est assurée par les bornes communes polarisées 2a et 2t shuntees par le condensateur de découplage 1.

Ce convertisseur délivre par le moyen des sorties 2c et 2d un courant à fréquence élevée au primaire 3a du transformateur 3 auxquelles il est connecté.

Le secondaire 3 dudit transformateur se referme sur le circuit série comprenant les condensateurs 4 et 6 et la charge 5.

Avantageusement, ledit circuit série peut être agencé de telle sorte que la charge 5 ait une de ses électrodes connectée à l'une des bornes communes polarisées 2a ou 2b, ceci permettant dans certains cas d'application de réduire les parasites rayonnés ou conduits par ladite charge.

Le condensateur G connecté, d'une part, à 1 'une desdites oornes communes polarisées et à l'entre non polarisée du pont redresseur constitué par les diodes 7a et 7b, la réactance dudit condensateur permettant de charger
le condensateur 9 qui est connecté entre les sorties
polarisées dudit pont, lequel, convenablement polarisé,
est monté en série avec les sorties polarisées du pont re
dressur 8 dont les entrées non polarisées lOa et lOb
sont chargées par le secteur alternatif.

La tension alternative à fréquence élevée redressée et
intégrée entre les bornes du condensateur 9, par le choix
judicieux de la réactance d) condenste.u 6, en s'addition-
nant à la tension redressée par le pont 8 permet de compen
ser sensiblement le facteur de puissance du courant pris
sur le réseau alors que la tension entre les bornes du con
densateur est proche de la tension de crète du secteur.

Il est à noter que l'orientation de l'enroulement 3b
doit être choisie convenablement, de telle sorte que
l'enveloppe de la tension développée entre les bornes
du condensateur 9 permette la compensation du facteur
de puissance rechercnée.

Afin de parfaire la linéarité du courant réseau, un 'pont constitué par les condensateurs llà e-1--ilb est connecté entre les bornes de ltenroulemennt---3b~et le' point milieu
dudit pont est relié à l'entrée non polarisée du pont
redresseur constitué par les diodes 7c et 7d, dont
la sortie polarisée charge le condensateur 9 parallèlement
au pont redresseur constitué par les diodes 7a et 7b.

Les diodes 7a, 7b, 7c et 7d peuvent être regroupées dans
un rnême boîtier 7. Le circuit 18 rnonté en parallèle avec
le condensateur 9 permet d'annuler l'action du circuit de récupération, lorsque sori électrode de commande'. 18a
est sollicitée par un seuil paramétrique donné, notamment
'la surtension anormal entre les bornes 2a et 2b provoquée
par la déconnexion de la charge 5.

Le dispositif décrit ci-dessus assure le maintien dans
la charge 5 d'un courant à faible facteur de crète.

La Figure 2, ci-annexée, illustre un second
mode de réalisation du dispositif, objet de l'invention.

Selon ce mode, le circuit de sortie et de compensation
alimenté par l'enroulement 3b est identique à ce qui
a été décrit précédemment.

Le convertisseur 2 indiqué plus haut est réduit à un auto-oscillateur faisant appel au transistor 14 monté en "base commune" et dont le circuit collecteur/base hâche le courant secteur redressé et filtré par le condensateur 1 à travers le primaire 3a du transformateur 3. l'entretien des oscillations est assuré par l'enroulement de commande 3d, lequel, convenablement orienté, charge
Le circuit série constitué par l'espace émetteur/base du transistor 14 et la résistance de limitation de courant 15.

Le déclenchement de l'auto-oscillateur ainsi constitué est assuré, à la mise sous tension du dispositif, par l'impulsion issue de la charge du condensateur 17 monté en série avec l'enroulement 3e et le diac 16, ladite impulsion induisant dans le transformateur 3 un signal qui, par couplage magnétique avec l'enroulement 3d permet le déblocage de l'espace de commande du transistor 14.

L'enroulement 3c du transformateur 3, convenablement orienté, est connecté en série avec la diode 13, elle aussi convenablement orientée, cette série étant réliée entre les bornes communes d'alimentation. Ce circuit est facultatif: il permet une meilleure démangétisation du matériau malJnétique utilisé dans la construction du transformateur 3.

Le condensateur 12 connecté entre le collecteur du transistor 14 et l'une des bornes communes polarisées a pour fonction de compenser les effets de l'inductance de fuite du transformateur 3 et d'adapter la fréquence de résonnance de l'auto-oscillateur.

Il n est pas prévu de diode de "roue libre" shuntant l'espace collecteur/base du transistor 14, car la diode correspondant à cet espace remplit ce rôle à l'ouverture dudit transistor.

Ainsi construit, le dispositif, objet de l'invention, est apte à délivrer par le moyen de l'enroulement 3b un courant à fréquence élevée sur la charge 5 dont le facteur de crète est très réduit. En effet, plus l'amplitude de ce courant traversant le condensateur 6 est importante, plus l'énergie restituée par le pont redresseur 7 au circuit polarisé d'alimentation est importante. Dans ces conditions, le défaut majeur de ce type de convertisseur n ' utilisant qu'un moyen commutateur 14, à savoir un facteur de crète déplorable du courant de sortie, est éradiqué.

Le dispositif selon l'invention, tel qu'il vient d'être décrit permet la réalisation avantageuse d' alim sn-ca;io ls secteur, de transformateurs électroniques, de ballasts électroniques pour lampes fluorescentes, etc...

La Figure 3, ci-annexée, illustre un autre mode d'application du dispositif selon l'invention.

Selon ce mode de réalisation, le convertisseur utilisé est un auto-oscillateur en demi-pont symétrique constitué, d'une part par une branche active comprenant les transistors 14a et 14b montés en série et d'autre part par une branche passive comprenant les condensateurs 24a et 24b.

Lesdits transistors sont shuntés respectivement par les diodes de "roue libre" 20a et 20b.

La susdite branche active de pont est reliée aux bornes communes polarisées d'alimentation shuntées par le condensa ter 1, d'une part par l'enroulement 19a et d'autre part par l'enroulement l9b, ces enroulements convenablement orientés l'un par rapport à l'autre sont bobinés, notamment selon la technique bi-filaire, sur le noyau magnétique 19 dont le rôle est de permettre le fonctionnement du dispositif à vide sans risques.

Les points milieu de chacune des susdites branches active et passive de pont sont inter-connectés par le circuit de sortie du dispositif, en l'occurence, le primaire 23c du transformateur de sortie 23 lequel peut constituer avec le condensateur 19 qui le shunte un circuit oscillant parallèle.

La commande cyclique alternée des transistors 14a et 14b est assurée respectivement par les enroulements 23a et 23b qui se referment sur leur espace de commande à travers, d'une part, la diode 21a associée à la résistance de limitation 22a, et d'autre part, la diode 2b associée à la résistance de limitation 22b. L'orientation desdits enroulements est choisie de telle sorte que l'auto-oscilla- tion soit possible.

Le déclenchenent des oscillations est assurée, à la mise sous tension du dispositif, par le circuit série comprenant l'élément à secil de tension 16, le condensateur 17 et l'enroulement 23e couplé au transformateur 23, ce circuit série étant connecté entre les bornes communes polarisées d'alimentation.

L'énergie convertie de sortie est délivrée par l ' enroulement 23c qui se referme comrne indiqué précédemment sur le circuit de récupération cornprenant le condensateur 6 et le pont redresseur 7, et d'autre part sur la charge 5 à travers le condensateur 4 dont la valeur peut être choisie de telle sorte que la capacitance résultant de l'addition des ct)acités 4 et 6 constitue avec l'inductance de l'enroulement 23d un circuit oscillant série dont la fréquence de résonance soit proche de celle du circuit oscillant parallèle que peut constituer l'enroulement 23c associé au condensateur 31.

La diode 25, convenablement polarisé est associée au semi-conducteur 26, qui, à sa mise en conduction, permet d'annuler la récupération de l'énergie effec- tuée par le pont redresseur 7 en court-circuitant son entrée convenablé, cette fonction étant nécessitée lorsque la charge 5 est déconnectée ou détériorée et que le pont des condensateurs ila et llb charge le pont 7.

L'électrode de commande du semi-conducteur 26 peut être sollicitée par un signal correspondant à un seuil paramétrique quelconque. Dans l'exemple présent, la tension redressée présente entre les bornes du condensateur 1 est le paramètre pris en compte. A cette fin, le point milieu du pont diviseur de tension constitué par les résistances 29 et 30 charre le circuit série comprenant l'espace de commande du semi-conducteur 26 et l'élément a seuil de tension 2E3, la résistance 27 connectée en parallèle sur ledit espace de commande assurant la stabilité du déclenchement dudit semi-conducteur 26. Dans ces conditions, lorsque la charge 5 est déconnectée ou détériorée, la tension additionnée à la tension secteur redressée est quasiment réduite à zéro lorsque la tension entre les bornes clu condensateur 1 excède la tensIon de consigne les bornes du condensateur 1 excède la tension de consigne déterminée par la cellule constituée par les résistances 29 et 30 associées à l'élément à seuil de tension 28.

Le dispositif selon l'invention, tel qu'il vient d'être décrit permet la réalisation d'al@@@@ @ @@ @@@r, on I
de transformateurs é,ectroni-lu?s, de ballasts électroniques, etc...

Le dispositif selon l'invention, tel qu'il vient d'être décrit, peut s'adapter à tous les types de convertisseurs électroniques utilisant toutes les configurations connues, a moyen commutateur unique, en demi-pont symétrique ou asymétrique, en pont complet, push-pull, etc...

Ce dispositif peut utiliser tous les moyens commutateurs connus, transistors bi-polaires, transistors à effet de champs, thyristors, ou l'association de ces moyens commutateurs.

Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement aux modes d'application plus particulièrement envisagés, elle embrasse, au contraire, toutes les variantes.

Claims (24)

1. REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique d'alimentation à fréquence élevée comprenant un convertisseur 2 dont les bornes d'entrée polarisées 2a et 2b sont alimentées en courant sensiblement continu et dont le courant de sortie à fréquence élevée charge l'enroulement primaire 3a d'un transformateur 3, caractérisé par le fait que l'enroulement secondaire 3b dudit transformateur se referme sur un circuit série comprenant la charge 5 et un condensateur 6 dont l'une des bornes est reliée à l'une desdites bornes d'entrée polarisées, caractérisé par le fait que la réactance du condensateur 6 est choisie de telle sorte que le courant issu de l'enroulement secondaire 3b en le traversant développe une tension convenable qui, appliquée à l'entrée non polarisée du pont redresseur comprenant les diodes 7a et 7b se retrouve, après redressernent, entre les bornes du condensateur d'intégration 9 sous la forme d'une enveloppe de tension dont l'addition avec l'enveloppe de la tension secteur redressée par le pont redresseur 8 permette la compensation du facteur de puissance du courant pris sur le réseau, la correction de la distorsion harmonique causée par la charge du condensateur 1 et la réduction du facteur de crète du courant à fréquence élevée traversant ladite charge 5.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le circuit du dispositif est agencé de telle sorte que la charge 5 ait l'une de ses bornes reliée à l'une des bornes d'alimentation polarisées 2a ou 2b.
3. 3. Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'un condensateur 4 est connecté en série avec l'une des bornes de l'enroulement secondaire 3b, ce condensateur pouvant, accessoirement, avoir une valeur choisie de telle sorte que sa capacitance associée avec l'inductance dudit enroulement, constitue un circuit oscillant série, incluant la capacitance du condensateur u, dont la fréquence de résonnance soit proche de la

   fréquence propre du courant délivré par les convertisseur

   2.
4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications l à 3, caractérisé par le fait qu'un circuit 18, connecté en parallèle avec le pont redresseur constitué par les diodes 7a, 7b, 7c et 7d, permette le court-circuit de ce dernier lorsque l'entrée 18a est sollicitée par un seuil paramétrique donné.
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le seuil paramétrique en cause est dépendant de la tension présente entre les bornes communes polarisées 2a et 2b dont, notamment, l'accroissement peut être provoqué par la déconnexion ou le détérioration de la charge de sortie 5.
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé par le fait que le convertisseur 2 comprend un auto-oscillateur doté d'un seul transistor 14 propre à hâcher un courant à fréquence élevée à travers le primaire 3a d'un transformateur 3 dont le secondaire 3b délivre l'énergie convertie au circuit de sortie comprenant la charge 5 et le pont redresseur de récupération 7.
7. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le transistor 14 est monté en base commune, son espace-émetteur base étant commandé par le signal issu d'un enroulement 3d du transformateur 3.
8. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le courant de commande délivré par l'enroulement 3d est limité par la résistance 15.
9. 9. Dispositif selon les revendications 6, 7 et 8, caractérisé par le fait qu'un enroulement de démagnétisation 3c couplé au transformateur 3, convenablement orienté et associé à la diode 13, elle-même convenablement orientée, assure l'évacuation d'une part de l'énergie magnétique induite dans le circuit magnétique dudit transformateur.
10. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 d 9, caractérisé par le fait que l'initiation du convertisseur 2 s'effectue par le moyen d'un enroulement 3e couple au transformateur 3 lequel enroulement est sollicité par le signal délivré par le circuit comprenant le condensateur 17 et l'élément à seuil de tension 16 connecté en série avec lui, ceci, entre les bornes communes polarisées d'alimentation.
11. 11. Dispositif seLon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'un condensateur 12 est connecté entre le collecteur du transistor 14 et l'une quelconque des bornes polarisées d'alimentation.
12. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à ll, caractérisé par le fait qu'un pont constitué par les condensateurs îîa et îlb est connecté èntre I'es bornes de l'enroulement de sortie 3b, le point milieu dudit pont étant lui-même relié à l'entrée non polarisée du pont redresseur constitué par les diodes 7c et 7d.
13. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le signal polarisé issu du pont redresseur constitué par les diodes 7c et 7d peut être court-circuité par la mise en conduction du semi-conducteur 26 laquelle est asservie à un seuil paramétrique donné.
14. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le convertisseur 2 est du type en demi-pont symétrique comprenant une première branche active équipée des transistors 14a et 14b et une seconde branche passive dotée des condensateurs 24a et 24b dont les points milieu sont interconnectés par le primaire 23c d'un transformateur 23 dont le secondaire 23d délivre l'énergie convertie à fréquence élevée à un circuit de sortie comprenant la charge 5 et le condensateur 6 connectés en série, de telle sorte que la tension développée par la réactance dudit condensateur 6 charge la première entrée non polarisée du pont redresseur de récupération 7 dont la sortie polarisée, convenablement orientée est connectée en série avec le pont redresseur secteur 8, un condensateur de découplage 9 étant connecté entre la bornes commune auxdits ponts redresseurs et l'une des bornes communes polarisées d'alimentation.
15. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait qu'un pont constitué par les

    condensateurs lia et llb , connecté entre les bornes de l'enroulement 23d, charge par le moyen de son point milieu, la seconde entrée non polarisée du pont redresseur 7.
16. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 d 15, caractérisé par le fait que le signal issu du condensateur 11 est dérivé vers l'une des bornes communes polarisées par le moyen d'un semi-conducteur 26 dont la mise en conduction est asservie à un seuil paramètrique donné.
17. 17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé par le fait que ledit seuil paramétrique est dépendant de la tension existant entre les bornes communes polarisées d'alimentation.
18. 18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé par le fait que la conduction du semi-conducteur 26 est asservie à un circuit de déclenchement comprenant le pont diviseur de tension constitué par les résistances 29 et 30 dont le point milieu est connecté à l'électrode de commande dudit semi-conducteur par le moyen de l'élément à seuil de tension 28 dont la tension de basculement détermine la valeur dudit seuil.
19. 19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé par le fait qu'un condensateur 4 est connecté en série avec la charge 5 et l'enroulement 23d, sa réactance propre pouvant, accessoirement, constituer avec la réactance dudit enroulement un circuit oscillant dont la fréquence, compte tenu de la réactance du condensateur 6, soit proche de la fréquence du courant traversant le primaire 23c.
20. 20. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que la fréquence du courant commuté traversant le primaire 23c est déterminée principalement par la fréquence de résonnance du circuit parallèle comprenant l'inductance dudit primaire associée à la capacitance du condensateur 31.
21. 21. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que la commande de la conduction cyclique des transistors 14a et 14b est assurée respectivement par les enroulenent 23a et 23b, convenablement orientés et couplés au transformateur 3.
22. 22. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que la branche active dudit demi pont symétrique est connectée à chacune des bornes communes polarisées d'alimentation à travers, respectivement, les enroulements symétriques et convenablement orientés 19a et l9b appartenant a même circuit magnétique 19.
23. 23. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que le fonctionnement dudit demipont oscillateur est initié par l'enroulement 23a couplé au transformateur 23, lequel enroulement reçevant, à la mise sous tension du dispositif, le signal délivré par le condensateur 17 associé en série avec l'élément à seuil de tension 16.
24. 24. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 23, caractérisé par le fait que les moyens commutateurs utilisés dans la construction du convertisseur 2 sont de types quelconques:'' transistor bi-polaires, transistor à effet de champs, thyristor, etc... ou une association de ces différents types.