FR2721153A1 - Onduleur à découpage à modulation BF asymétrique. - Google Patents
Onduleur à découpage à modulation BF asymétrique. Download PDFInfo
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Abstract
L'invention concerne un onduleur du type recevant un signal d'entrée continu et délivrant un signal de sortie alternatif de forme d'onde prédéterminée. Selon l'invention, l'onduleur est constitué d'une chaîne de traitement du signal d'entrée comprenant notamment: - un module (1) de hachage et de modulation du signal d'entrée sur deux voies parallèles (5, 6), chaque voie étant chargée de mettre en forme une partie complémentaire d'un signal intermédiaire haché en haute fréquence et modulé en basse fréquence selon ladite forme d'onde prédéterminée, - un module (2) de transformation de tension sur deux voies parallèles (7, 8), chaque voie étant chargée de modifier la tension d'une partie complémentaire du signal intermédiaire issue de la voie correspondante du module (1) de hachage et de modulation, - un module (3) de reconstitution du signal intermédiaire par combinaison de deux parties complémentaires du signal intermédiaire issues des deux voies (7, 8) du module (2) de transformation de tension, - un module (4) de filtrage passe-bas du signal intermédiaire provenant du module (3) de reconstitution, ledit module (4) de filtrage passe-bas délivrant ledit signal de sortie alternatif de forme d'onde prédéterminée.
Description
Onduleur à découpage à modulation BF asymétrique.
Le domaine de l'invention est celui de la conversion de signaux électriques. Plus précisément, l'invention concerne un onduleur, du type générant, à partir d'un signal d'entrée continu, un signal de sortie alternatif, basse fréquence et de forme d'onde prédéterminée. Généralement, la forme d'onde prédéterminée est une sinusoïde et le signal de sortie permet d'alimenter une charge réactive de moyenne puissance.
L'invention a de nombreuses applications, telles que, par exemple, la génération d'une tension de sonnerie pour un terminal téléphonique, à partir de la tension continue du réseau de télécommunication. Dans ce cas, la tension de sonnerie générée par l'onduleur doit présenter une valeur moyenne positive.
L'invention s'applique également dans le cas où la tension à générer doit présenter une valeur moyenne nulle.
Traditionnellement, un onduleur est constitué d'un convertisseur continu/alternatif suivi d'un transformateur basse fréquence.
Généralement, les onduleurs connus de l'état de la technique présentent l'inconvénient d'être lourds et volumineux. En effet, les transformateurs basse fréquence qui sont utilisés dans les onduleurs connus sont, de par la nature des signaux qu'ils traitent, lourds et volumineux. La fréquence des signaux traités est généralement 50 Hz en France, et peut descendre jusqu'à 16 Hz dans certains pays étrangers.
Par ailleurs, les transformateurs basse fréquence limitent le rendement des onduleurs. Actuellement, les onduleurs présentent un rendement généralement inférieur ou égal à 60 %.
Enfin, lorsque le signal de sortie doit présenter une valeur moyenne positive, les deux fils de référence associés aux deux fils de sortie de l'onduleur sont reliés à une batterie externe fournissant un signal continu dont la stabilité dépend de l'état de charge de cette batterie. Ceci présente l'inconvénient de nécessiter un élément externe à l'onduleur.
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces différents inconvénients de l'état de la technique.
Plus précisément, I'un des objectifs de la présente invention est de fournir un onduleur possédant un volume et un poids réduits, tout en présentant un rendement élevé.
L'invention a également pour objectif de fournir un tel onduleur qui ne nécessite pas, lorsque le signal de sortie doit présenter une valeur moyenne positive, la connexion des fils de référence à des éléments extérieurs (tels qu'une batterie par exemple).
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un onduleur du type recevant un signal d'entrée continu et délivrant un signal de sortie alternatif de forme d'onde prédéterminée, ledit onduleur étant constitué d'une chaîne de traitement du signal d'entrée comprenant notamment:
- un module de hachage et de modulation du signal d'entrée sur deux voies
parallèles, chaque voie étant chargée de mettre en forme une partie
complémentaire d'un signal intermédiaire haché en haute fréquence et
modulé en basse fréquence selon ladite forme d'onde prédéterminée,
- un module de transformation de tension sur deux voies parallèles, chaque
voie étant chargée de modifier la tension d'une partie complémentaire du
signal intermédiaire issue de la voie correspondante du module de hachage
et de modulation,
- un module de reconstitution du signal intermédiaire par combinaison de
deux parties complémentaires du signal intermédiaire issues des deux
voies du module de transformation de tension,
- un module de filtrage passe-bas du signal intermédiaire provenant du
module de reconstitution, ledit module de filtrage passe-bas délivrant ledit
signal de sortie alternatif de forme d'onde prédéterminée.
- un module de hachage et de modulation du signal d'entrée sur deux voies
parallèles, chaque voie étant chargée de mettre en forme une partie
complémentaire d'un signal intermédiaire haché en haute fréquence et
modulé en basse fréquence selon ladite forme d'onde prédéterminée,
- un module de transformation de tension sur deux voies parallèles, chaque
voie étant chargée de modifier la tension d'une partie complémentaire du
signal intermédiaire issue de la voie correspondante du module de hachage
et de modulation,
- un module de reconstitution du signal intermédiaire par combinaison de
deux parties complémentaires du signal intermédiaire issues des deux
voies du module de transformation de tension,
- un module de filtrage passe-bas du signal intermédiaire provenant du
module de reconstitution, ledit module de filtrage passe-bas délivrant ledit
signal de sortie alternatif de forme d'onde prédéterminée.
Ainsi, le principe de l'invention consiste à créer un signal intermédiaire haché en haute fréquence dont le rapport cyclique est modulé en basse fréquence. De cette façon, il est possible d'utiliser des transformateurs haute fréquence, c'est-à-dire des transformateurs légers, peu encombrants, et permettant d'obtenir de bons rendements (supérieurs ou égaux à 78 %). Après avoir été reconstitué à partir de deux parties complémentaires, le signal intermédiaire haute fréquence est filtré de façon à ne conserver que le signal de modulation basse fréquence.
Le hachage haute fréquence correspond à une modulation d'amplitude en créneau alors que la modulation basse fréquence selon la forme d'onde prédéterminée correspond à une modulation de phase.
Préférentiellement, ladite forme d'onde est une sinusoïde.
Avantageusement, chacune des parties complémentaires du signal intermédiaire est un signal constitué des alternances positives ou négatives du signal intermédiaire.
En d'autres termes, le module de hachage et de modulation délivre, sur une voie, une partie complémentaire constituée des alternances positives du signal intermédiaire et, sur l'autre voie, une partie complémentaire constituée des alternances négatives.
De façon avantageuse, ledit signal d'entrée continu étant reçu sur deux fils d'entrée positif et négatif, et ledit signal de sortie alternatif étant délivré sur deux fils de sortie associés chacun à un fil de référence distinct, ledit module de hachage et de modulation comprenant, sur chaque voie, un premier commutateur connecté au fil d'entrée négatif.
Préférentiellement, le module de transformation de tension comprend, sur chaque voie, un transformateur comportant un enroulement primaire connecté entre le fil d'entrée positif et le premier commutateur de la voie correspondante du module de hachage et de modulation, et deux enroulements secondaires, les enroulements secondaires du transformateur d'une desdites voies permettant chacun de récupérer une première partie complémentaire du signal intermédiaire, les enroulements secondaires du transformateur de l'autre desdites voies permettant chacun de récupérer, en réalisant une inversion, une seconde partie complémentaire du signal intermédiaire.
Ainsi, sur chaque voie, un premier commutateur permet de réaliser un transfert direct d'énergie (c'est-à-dire sans stockage) d'un enroulement primaire à chacun des enroulements secondaires du transformateur associé à cette voie.
De façon préférentielle, le module de reconstitution comprend deux voies parallèles présentant chacune en sortie un premier fil intermédiaire sur lequel est délivré ledit signal intermédiaire, et un second fil intermédiaire constituant un fil de référence pour le premier fil intermédiaire, chaque voie dudit module de reconstitution étant connectée à un desdits enroulements secondaires de chacune des voies du module de transformation de tension, de façon à recevoir les deux parties complémentaires du signal intermédiaire.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, chaque voie du module de reconstitution possède des premier, second et troisième points d'entrée, un des seconds enroulements d'une des voies du module de transformation de tension étant connecté entre lesdits premier et second points d'entrée, et un des seconds enroulements de l'autre voie étant connecté entre lesdits second et troisième points d'entrée, et chaque voie du module de reconstitution comprenant:
- une première diode connectée en direct entre le premier point d'entrée et le
premier fil intermédiaire,
- une seconde diode connectée en direct entre le troisième point d'entrée et
le second fil intermédiaire,
- un second, respectivement troisième, commutateur connecté entre le
premier, respectivement second, fil intermédiaire et le second point
d'entrée,
- une troisième, respectivement quatrième, diode connectée en parallèle sur
le second, respectivement troisième, commutateur.
- une première diode connectée en direct entre le premier point d'entrée et le
premier fil intermédiaire,
- une seconde diode connectée en direct entre le troisième point d'entrée et
le second fil intermédiaire,
- un second, respectivement troisième, commutateur connecté entre le
premier, respectivement second, fil intermédiaire et le second point
d'entrée,
- une troisième, respectivement quatrième, diode connectée en parallèle sur
le second, respectivement troisième, commutateur.
Préférentiellement, il comprend un module de commande des commutateurs, générant des signaux de commande tels que les deux seconds, respectivement troisièmes commutateurs présentent un comportement opposé à celui du premier commutateur de l'une, respectivement l'autre, des voies du module de hachage et de modulation.
Avantageusement, le module de filtrage passe-bas comprend deux voies parallèles, chaque voie présentant deux sorties reliées respectivement à un des fils de sortie et un des fils de référence, et étant chargée de filtrer le signal intermédiaire issu d'une des voies du module de reconstitution.
Préférentiellement, chaque voie du module de filtrage comprend une inductance connectée entre un des fils de sortie et le premier ou second fil intermédiaire, et une capacité connectée entre un des fils de sortie et le fil de référence qui lui est associé.
ll s'agit donc de filtres passe-bas de type LC. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, chaque voie du module de filtrage comprend une inductance supplémentaire coopérant avec ladite inductance de façon à récupérer une partie de l'énergie réactive provenant d'une charge connectée audit onduleur.
Ainsi, en reliant l'inductance supplémentaire de chaque voie à la source continue d'entrée, on permet à une partie de l'énergie réactive de revenir à la source. Ceci permet de récupérer l'énergie réactive d'une charge en sortie de l'onduleur pendant 100 % de la période "haute fréquence".
Si le signal de sortie est du type possédant une valeur moyenne nulle, alors, avantageusement, lesdits fils de référence sont reliés l'un à l'autre.
Si le signal de sortie est du type possède une valeur moyenne positive, alors, avantageusement,ledit onduleur comprend un convertisseur continu I continu délivrant un signal continu stabilisé sur deux fils positif et négatif de sortie de convertisseur, un des fils de référence de l'onduleur étant relié directement à un des fils d'entrée de l'onduleur, et l'autre fil de référence de l'onduleur étant relié à l'autre fil d'entrée de l'onduleur par l'intermédiaire d'une capacité aux bornes de laquelle sont connectés lesdits fils positif et négatif de sortie de convertisseur.
Préférentiellement, lesdits commutateurs sont des transistors de type MOS.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple indicatif et non limitatif, et des dessins annexés, dans lesquels:
- la figure 1 présente un schéma électrique simplifié d'un mode de
réalisation préférentiel d'un onduleur selon l'invention;
- la figure 2 présente, de façon simplifiée, la forme des signaux de
commande des différents commutateurs apparaissant sur le schéma de la
figure 1;
- la figure 3 présente un schéma électrique simplifié d'un mode de
réalisation d'un module de commande générant les signaux de commande
présentés sur la figure 2;
- la figure 4 présente un premier exemple de signal de sortie de l'onduleur
présentant une valeur moyenne nulle;
- la figure 5 présente un second exemple de signal de sortie de l'onduleur
présentant une valeur moyenne positive
- la figure 6 présente un exemple de mode de réalisation de la récupération
d'une partie de l'énergie réactive par l'intermédiaire d'une inductance
supplémentaire ; et
- la figure 7 présente un exemple de mode de réalisation des connecxions
des fils de référence de sortie de l'onduleur dans le cas d'un signal de
sortie du type présenté sur la figure 5.
- la figure 1 présente un schéma électrique simplifié d'un mode de
réalisation préférentiel d'un onduleur selon l'invention;
- la figure 2 présente, de façon simplifiée, la forme des signaux de
commande des différents commutateurs apparaissant sur le schéma de la
figure 1;
- la figure 3 présente un schéma électrique simplifié d'un mode de
réalisation d'un module de commande générant les signaux de commande
présentés sur la figure 2;
- la figure 4 présente un premier exemple de signal de sortie de l'onduleur
présentant une valeur moyenne nulle;
- la figure 5 présente un second exemple de signal de sortie de l'onduleur
présentant une valeur moyenne positive
- la figure 6 présente un exemple de mode de réalisation de la récupération
d'une partie de l'énergie réactive par l'intermédiaire d'une inductance
supplémentaire ; et
- la figure 7 présente un exemple de mode de réalisation des connecxions
des fils de référence de sortie de l'onduleur dans le cas d'un signal de
sortie du type présenté sur la figure 5.
L'invention concerne donc un onduleur. Sur le schéma électrique simplifié de la figure l, qui présente un mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'onduleur possède deux fils d'entrée positif E+et négatif E-, et deux fils de sortie Si, S2 associés
chacun à un fil de référence distinct Rl, R9.
chacun à un fil de référence distinct Rl, R9.
Les fils d'entrée positif E+ et négatif E- reçoivent un signal d'entrée continu, par
exemple 48V.
exemple 48V.
On désire générer sur les fils de sortie S 1, S2 un signal de sortie alternatif, les
deux fils de sortie S 1, S2 présentant une tension alternative et symétrique par rapport à la
masse (par exemple sinusoïdale de 40 V,ff, si le fil d'entrée positif E+ est relié à la
masse).
deux fils de sortie S 1, S2 présentant une tension alternative et symétrique par rapport à la
masse (par exemple sinusoïdale de 40 V,ff, si le fil d'entrée positif E+ est relié à la
masse).
Comme cela est décrit en détail par la suite, en fonction de la valeur moyenne
désirée en sortie (nulle ou bien positive), les fils de référence Ri, R2 sont connectés
selon différentes configurations.
désirée en sortie (nulle ou bien positive), les fils de référence Ri, R2 sont connectés
selon différentes configurations.
L'onduleur de l'invention est constitué d'une chaîne de traitement du signal
d'entrée continu comprenant notamment:
- un module 1 de hachage et de modulation,
- un module 2 de transformation de tension,
- un module 3 de reconstitution d'un signal intermédiaire,
- un module 4 de filtrage passe-bas.
d'entrée continu comprenant notamment:
- un module 1 de hachage et de modulation,
- un module 2 de transformation de tension,
- un module 3 de reconstitution d'un signal intermédiaire,
- un module 4 de filtrage passe-bas.
Le module 1 de hachage et de modulation comporte deux voies parallèles et
identiques 5, 6 (basse et haute respectivement sur la figure 1). Chaque voie 5, 6
comprend un premier commutateur Q1, Q1' connecté au fil d'entrée négatif E-.
identiques 5, 6 (basse et haute respectivement sur la figure 1). Chaque voie 5, 6
comprend un premier commutateur Q1, Q1' connecté au fil d'entrée négatif E-.
Le module 2 de transformation de tension comporte deux transformateurs 7, 8 relié chacun à une des voies parallèles 5, 6 du module 1 de hachage et de modulation.
Le premier transformateur de tension 7 comprend:
- un enroulement primaire 9 dont l'extrémité positive (symbolisée par un
point) est connectée, via la voie haute 6 du module 1 de hachage et de
modulation, au fil d'entrée positif E+, et l'extrémité négative est connectée
au premier commutateur Q1 de la voie haute 6 du module 1 de hachage et
de modulation,
- deux enroulements secondaires 10, 11 permettant chacun de récupérer,
sans l'inverser, un signal présent sur l'enroulement primaire 9.
- un enroulement primaire 9 dont l'extrémité positive (symbolisée par un
point) est connectée, via la voie haute 6 du module 1 de hachage et de
modulation, au fil d'entrée positif E+, et l'extrémité négative est connectée
au premier commutateur Q1 de la voie haute 6 du module 1 de hachage et
de modulation,
- deux enroulements secondaires 10, 11 permettant chacun de récupérer,
sans l'inverser, un signal présent sur l'enroulement primaire 9.
Le second transformateur de tension 8 comprend:
- un enroulement primaire 12 dont l'extrémité positive est connectée, via la
voie basse 5 du module 1 de hachage et de modulation, au fil d'entrée
positif E+ et l'extrémité négative est connectée au premier commutateur
Q1' de la voie basse 5 du module 1 de hachage et de modulation,
- deux enroulements secondaires 13, 14 permettant chacun de récupérer, en
l'inversant, un signal présent sur l'enroulement primaire 12.
- un enroulement primaire 12 dont l'extrémité positive est connectée, via la
voie basse 5 du module 1 de hachage et de modulation, au fil d'entrée
positif E+ et l'extrémité négative est connectée au premier commutateur
Q1' de la voie basse 5 du module 1 de hachage et de modulation,
- deux enroulements secondaires 13, 14 permettant chacun de récupérer, en
l'inversant, un signal présent sur l'enroulement primaire 12.
Le module 3 de reconstitution d'un signal intermédiaire présente deux voies parallèles et identiques 15, 16 (basse et haute respectivement sur la figure 1). Chaque voie 15, 16 possède, en entrée, un premier A, A', un second B, B', et un troisième C, C' point d'entrée, et, en sortie, un premier D, D' et un second E, E' fil intermédiaire.
Chaque voie 15, 16 comprend:
- une première diode D1, D 1 ' connectée en direct entre le premier point
d'entrée A, A' et le premier fil intermédiaire D, D',
- une seconde diode D2, D2' connectée en direct entre le troisième point
d'entrée C, C' et le second fil intermédiaire E, E',
- un second commutateur Q2, Q2' connecté entre le second point d'entrée
B, B' et le premier fil intermédiaire D, D',
- un troisième commutateur Q3, Q3' connecté entre le second point d'entrée
B, B' et le second fil intermédiaire E, E',
- une troisième diode D3, D3' connectée en parallèle sur le second
commutateur Q2, Q2',
- une quatrième diode DA, D4' connectée en parallèle sur le troisième
commutateur Q3, Q3'.
- une première diode D1, D 1 ' connectée en direct entre le premier point
d'entrée A, A' et le premier fil intermédiaire D, D',
- une seconde diode D2, D2' connectée en direct entre le troisième point
d'entrée C, C' et le second fil intermédiaire E, E',
- un second commutateur Q2, Q2' connecté entre le second point d'entrée
B, B' et le premier fil intermédiaire D, D',
- un troisième commutateur Q3, Q3' connecté entre le second point d'entrée
B, B' et le second fil intermédiaire E, E',
- une troisième diode D3, D3' connectée en parallèle sur le second
commutateur Q2, Q2',
- une quatrième diode DA, D4' connectée en parallèle sur le troisième
commutateur Q3, Q3'.
Le module 4 de filtrage passe-bas comporte deux voies parallèles et symétriques 17, 18 (basse et haute respectivement sur la figure 1).
La voie haute 18 comprend:
- une inductance L connectée entre le premier fil intermédiaire D de la voie
haute 16 et du module 3 de reconstitution et le premier fil de sortie S1,
- une capacité C connectée entre le premier fil de sortie S1 et le premier fil
de référence R1 qui lui est associe.
- une inductance L connectée entre le premier fil intermédiaire D de la voie
haute 16 et du module 3 de reconstitution et le premier fil de sortie S1,
- une capacité C connectée entre le premier fil de sortie S1 et le premier fil
de référence R1 qui lui est associe.
La voie basse 17 comprend:
- une inductance L' connectée entre le second fil intermédiaire E' de la voie
basse 15 du module 3 de reconstitution et le second fil de sortie S2,
- une capacité C' connectée entre le second fil de sortie S2 et le second fil de
référence R2 qui lui est associé.
- une inductance L' connectée entre le second fil intermédiaire E' de la voie
basse 15 du module 3 de reconstitution et le second fil de sortie S2,
- une capacité C' connectée entre le second fil de sortie S2 et le second fil de
référence R2 qui lui est associé.
Le fonctionnement de l'onduleur de la figure 1 est maintenant expliqué en relation avec la figure 2 qui présente, de façon simplifiée, la forme des signaux de commande SCl, SC1', SC2, SC2', SC3, SC3' des différents commutateurs Q1, Q1', Q2, Q2', Q3,
Q3' de l'onduleur. Un exemple de mode de réalisation d'un module de commande permettant de générer ces signaux de commande est présenté par la suite en relation avec la figure 3.
Q3' de l'onduleur. Un exemple de mode de réalisation d'un module de commande permettant de générer ces signaux de commande est présenté par la suite en relation avec la figure 3.
Pour chacun de ces signaux, un niveau haut NH correspond à un état passant (ou fermé) du commutateur commandé, un niveau bas NB correspondant à un état bloqué (ou ouvert).
Le signal de commande SC1 du premier commutateur Q1 de la voie haute 6 du module 1 de hachage et de modulation est un signal périodique de période T égale à la période du signal de sortie alternatif que t'on désire obtenir sur les deux fils de sortie S1,
S2.
S2.
Sur la première demi-période T/2, le signal de commande SC1 est un signal en créneaux haute fréquence (de période T') et modulé en phase en basse fréquence. Sur la seconde demi-période T/2, le signal de commande SC 1 est nul.
La modulation de phase basse-fréquence est réalisée avec un signal modulant possédant, sur la première demi-période T/2, une forme d'onde identique à celle du signal de sortie alternatif que l'on désire obtenir sur les deux fils de sortie S1, S2. Dans l'exemple de la figure 2, la forme d'onde, qui est représentée en pointillés, est sinusoïdale. La modulation de phase se traduit par une variation du rapport cyclique des créneaux de période T'.
Dans le cas d'un signal modulant de forme d'onde sinusoïdale, la largeur de la partie haute des créneaux est minimale au début et à la fin de la première demi-période T/2, et maximale au milieu de la première demi-période T/2.
Il est clair qu'afin de faciliter la compréhension, la forme des signaux de commande présentée sur la figure 2 a été très simplifiée.
En effet, en réalité, une demi-période T/2 contient beaucoup plus de périodes de créneaux T'. Ainsi, par exemple pour un signal de sortie alternatif de basse fréquence égale à 50Hz (donc de demi-période T/2 égale à 10mus), et un signal en créneaux de haute fréquence égale à 100kHz (donc de période T' égale à 10 us), une demi-période T/2 du signal de sortie alternatif comprend 1000 périodes T' du signal en créneaux.
Le signal de commande SC1' du premier commutateur Ql' de la voie basse 5 du module 1 de hachage et de modulation est de même forme que le signal de commande SC1 discuté ci-dessus, mais décalé de T/2 par rapport à celuici.
Les signaux de commande SC2, SC2' des seconds commutateurs Q2, Q2' des deux voies 15, 16 du module 3 de reconstitution sont identiques et de comportement opposé au signal de commande SUC 1 du premier commutateur Q1 de la voie haute 6 du module 1 de hachage et de modulation. Par comportement opposé, on entend que à un niveau haut de l'un correspond un niveau bas de l'autre.
Les signaux de commande SC3, SC3' des troisièmes commutateurs Q3, Q3' des deux voies 15, 16 du module 3 de reconstitution sont identiques et complémentaires du signal de commande SC1' du premier commutateur Q1' de la voie basse 5 du module 1 de hachage et de modulation.
Le fonctionnement de l ondulateur est le suivant : en sortie de chaque voie 5, 6 du module 1 de hachage et de modulation, on a un signal qui, pendant une demi-période T/2 est haché en haute fréquence et modulé en phase en basse fréquence, et, pendant la demipériode T/2 suivante, il est nul. Les deux signaux sont décalés de T/2 et donc complémentaires : quand l'un est nul pendant T/2, I'autre ne l'est pas.
Le premier transformateur de tension 7 reçoit sur son enroulement primaire 9 le signal issu de la voie haute 6 du module 1 de hachage et de modulation et délivre, sur chacun de ses enroulements secondaires 10, 11, un signal de même forme que le signal reçu mais possédant une amplitude différente (et fonction du rapport de transformation primaire / secondaire).
De même, le second transformateur de tension 8 reçoit sur son enroulement primaire 12 le signal issu de la voie basse 5 du module 1 de hachage et de modulation et délivre, sur chacun de ses enroulements secondaires 13 ,14, un signal de forme inversée par rapport au signal reçu et possédant une amplitude différente (et fonction du rapport de transformation primaire / secondaire).
Ainsi, par exemple, le signal récupéré sur chacun des seconds enroulements secondaires 10, 1 1 du premier transformateur est constitué de créneaux HF correspondant aux alternances positives (de durée T/2) entrecoupées d'un niveau nul (de durée T/2), alors que le signal récupéré sur chacun des seconds enroulements secondaires 13, 14 du second transformateur est constitué de créneaux HF correspondant aux alternances négatives (de durée T/2) entrecoupées d'un niveau nul (de durée Tri2).
Chaque voie 15, 16 du module 3 de reconstitution reçoit le signal récupéré sur un des enroulements secondaires 10, 11 du premier transformateur 7 et le signal récupéré sur un des enroulements secondaires 13, 14 du second transformateur 8, et les combine de façon à sortir entre les premier et second fils intermédiaires D, D' et E, E' un signal constitué de créneaux positifs et négatifs (que l'on appelle également par la suite signal intermédiaire haché en haute fréquence et modulé en phase en basse fréquence).
Avec une charge RL connectée entre le premier fil de sortie S 1 et le premier fil de référence correspondant R1, le fonctionnement de la voie 15 du module 3 de reconstitution est le suivant:
- pendant la première demi-période, pour chaque créneau de période T' du
signal de commande SCI du premier commutateur Q1 de la voie haute 6
du module 1 de hachage
* pendant la partie haute du créneau : la capacité C se charge et on
fournit à la charge RL. Le courant suit le chemin : point A, diode
D1, point D, inductance L, capacité C (pour la HF) et charge RL
(pour la BF), point E, troisième commutateur Q3, point B et
second enroulement 10;
* pendant la partie basse du créneau : la capacité C se décharge et le
courant suit le chemin : capacité C (pour la HF) et charge RL (pour
la BF), inductance L, point D, second commutateur Q2, diode D4
et pointE;
- pendant la seconde demi-période T/2, pour chaque créneau de période T'
du signal de commande SCl' du premier commutateur Q1' de la voie
basse 5 du module 1 de hachage et de modulation:
* pendant la partie haute du créneau : la capacité C se charge et on
fournit à la charge RL. Le courant suit le chemin : point C, diode
D2, point E, capacité C (pour la HF) et charge RL (pour la BF),
inductance L, point D, second commutateur Q2, point B et second
enroulement 13
* pendant la partie basse du créneau : la capacité C se décharge et le
courant suit le chemin : capacité C (pour la HF) et charge RL (pour
la BF), point E, troisième commutateur Q3, diode D3, point D et
inductance L.
- pendant la première demi-période, pour chaque créneau de période T' du
signal de commande SCI du premier commutateur Q1 de la voie haute 6
du module 1 de hachage
* pendant la partie haute du créneau : la capacité C se charge et on
fournit à la charge RL. Le courant suit le chemin : point A, diode
D1, point D, inductance L, capacité C (pour la HF) et charge RL
(pour la BF), point E, troisième commutateur Q3, point B et
second enroulement 10;
* pendant la partie basse du créneau : la capacité C se décharge et le
courant suit le chemin : capacité C (pour la HF) et charge RL (pour
la BF), inductance L, point D, second commutateur Q2, diode D4
et pointE;
- pendant la seconde demi-période T/2, pour chaque créneau de période T'
du signal de commande SCl' du premier commutateur Q1' de la voie
basse 5 du module 1 de hachage et de modulation:
* pendant la partie haute du créneau : la capacité C se charge et on
fournit à la charge RL. Le courant suit le chemin : point C, diode
D2, point E, capacité C (pour la HF) et charge RL (pour la BF),
inductance L, point D, second commutateur Q2, point B et second
enroulement 13
* pendant la partie basse du créneau : la capacité C se décharge et le
courant suit le chemin : capacité C (pour la HF) et charge RL (pour
la BF), point E, troisième commutateur Q3, diode D3, point D et
inductance L.
Avec une charge RL connectée entre le second fil de sortie S2 et le second fil de référence correspondant R2, le fonctionnement de la voie 16 du module 3 de reconstitution est identrique à celui décrit pour la voie 15.
Chaque voie 17, 18 du module 4 de filtrage passe-bas reçoit le signal intermédiaire et délivre un signal alternatif basse fréquence de même forme que le signal modulant utilisé dans le module 1 de hachage et de modulation pour moduler en phase le
signal en créneaux haute fréquence.
signal en créneaux haute fréquence.
Deux cas peuvent se présenter selon que le signal alternatif de sortie de l'onduleur possède une valeur moyenne nulle (comme présenté sur la figure 4) ou bien positive
(comme présenté sur la figure 5).
(comme présenté sur la figure 5).
Dans le cas d'une valeur moyenne nulle, on relie les deux fils de référence R1, R2
I'un à l'autre. Ainsi, par exemple, si en sortie de chaque voie 17, 18 du module 4 de filtrage, on a un signal alternatif de 4OVeff entre chaque fil de sortie S1, S2 et le fil de référence R1, R2 qui lui est associée, alors entre les deux fils de sortie S1, S2 on a une tension de 80Veff et de valeur moyenne nulle.
I'un à l'autre. Ainsi, par exemple, si en sortie de chaque voie 17, 18 du module 4 de filtrage, on a un signal alternatif de 4OVeff entre chaque fil de sortie S1, S2 et le fil de référence R1, R2 qui lui est associée, alors entre les deux fils de sortie S1, S2 on a une tension de 80Veff et de valeur moyenne nulle.
Dans le cas d'une valeur moyenne positive du signal de sortie, l'onduleur comprend par exemple un convertisseur continu / continu 75 possédant deux fils d'entrée positif 71 et négatif 72 qui sont connectés respectivement aux fils d'entrée positif E+ et négatif E- de l'onduleur, et deux fils de sortie positif 73 et négatif 74 entre lesquels est connectée une capacité Cs. Un mode de réalisation consiste à relier:
- le premier fil de référence R1 directement au fil d'entrée positif E+ de
l'onduleur, et
- le second fil de référence R2 au fil d'entrée négatif E- de l'onduleur par
l'intermédiaire de la capacité Cs.
- le premier fil de référence R1 directement au fil d'entrée positif E+ de
l'onduleur, et
- le second fil de référence R2 au fil d'entrée négatif E- de l'onduleur par
l'intermédiaire de la capacité Cs.
Ainsi, par exemple, si le convertisseur continulcontinu 75 délivre une tension stabilisée de 10 V sur ses fils de sortie positif 73 et négatif 74, et si on a un signal alternatif de 4OVeff entre chaque fil de sortie S1, S2 et le fil de référence R1, R2 qui lui est associé, alors entre les deux fils de sortie S 1, S2 on a une tension de 80Veff et de valeur moyenne égale à:
- une tension (U = 48 V) égale à la somme de la tension (U1 = (48 - X).V)
du signal d'entrée et d'une partie (U2 = X.V, avec 0 < X < 10) de la
tension (10 V) de sortie du convertisseur continulcontinu 75, si la tension
(U1) du signal d'entrée est inférieure à 48 V;
- une tension (U > 48 V) égale à la la tension (U1) du signal d'entrée, si la
tension (U1) du signal d'entrée est supérieure à 48 V.
- une tension (U = 48 V) égale à la somme de la tension (U1 = (48 - X).V)
du signal d'entrée et d'une partie (U2 = X.V, avec 0 < X < 10) de la
tension (10 V) de sortie du convertisseur continulcontinu 75, si la tension
(U1) du signal d'entrée est inférieure à 48 V;
- une tension (U > 48 V) égale à la la tension (U1) du signal d'entrée, si la
tension (U1) du signal d'entrée est supérieure à 48 V.
La figure 6 présente un exemple de mode de réalisation de la récupération d'une énergie réactive par l'intermédiaire d'un inductance supplémentaire.
L'inductance supplémentaire Ls est connectée, via un pont de diodes 61 et une capacité de découplage Cd, aux fils d'entrée positif E+ et négatif E- de l'onduleur. cette inductance supplémentaire Ls coopère avec l'inductance L de la voie haute 18 du module 4 de filtrage de façon que, lorsqu'il existe une charge réactive sur les sorties de l'onduleur, l'énergie réactive existant pendant les temps de conduction des premiers commutateurs Q1, Qi' est récupérée.
Une inductance supplémentaire peut coopérer de la même façon avec l'inductance
L' de la voie basse 17 du module de filtrage.
L' de la voie basse 17 du module de filtrage.
La figure 3 présente un schéma électrique simplifié de réalisation d'un module de commande permettant de générer les signaux de commande SC1, SC1', SC2, SC2',
SC3, SC3' des commutateurs Q1, Q1', Q2, Q2', Q3, Q3'.
SC3, SC3' des commutateurs Q1, Q1', Q2, Q2', Q3, Q3'.
Un premier générateur 31 fournir un signal carré haute fréquence (de période T') à un second générateur 32 qui délivre un signal en dents de scie haute fréquence 35.
Un oscillateur basse fréquence 33 fournit un signal sinusoïdal basse fréquence (qui correspond au signal modulant basse fréquence de période T) à un redresseur 34 qui délivre un signal redressé basse fréquence 36.
Un comparateur logique analogique 37 reçoit le signal en dents de scie haute fréquence 35 et le signal redressé basse fréquence 36, et délivre un signal en créneau 38 modulé en phase selon la forme d'onde du signal redressé basse fréquence 36.
Un module 39 de synchronisation basse fréquence reçoit le signal sinusoïdal basse fréquence (de période T) généré par l'oscillateur basse fréquence 33 et fournit des premier et second signaux de sélection 310, 311 actifs altemativement pendant T/2.
Une première porte NON-ET 312 reçoit le signal en créneau modulé en phase 38 et le premier signal de sélection 311. La sortie de cette première porte NON-ET 312 est:
- inversée (313) pour fournir le signal de commande SC1 du premier
commutateur Q1 de la voie haute 6 du module 1 de hachage et de
modulation,
- dédoublée, grâce à un transformateur 314, pour fournir les signaux de
commande SC2, SC2' des deux seconds commutateurs Q2, Q2'.
- inversée (313) pour fournir le signal de commande SC1 du premier
commutateur Q1 de la voie haute 6 du module 1 de hachage et de
modulation,
- dédoublée, grâce à un transformateur 314, pour fournir les signaux de
commande SC2, SC2' des deux seconds commutateurs Q2, Q2'.
Une seconde porte NON-ET 315 reçoit le signal en créneau modulé en phase 38 et le second signal de sélection 310.
La sortie de cette seconde porte NON-ET 315 est:
- inversée (316) pour fournir le signal de commande SC1' du premier
commutateur Q1' de la voie basse 5 du module 1 de hachage et de
modulation,
- dédoublée, grâce à un transformateur 317, pour fournir les signaux de
commande SC3, SC3' des deux troisièmes commutateurs Q3, Q3'.
- inversée (316) pour fournir le signal de commande SC1' du premier
commutateur Q1' de la voie basse 5 du module 1 de hachage et de
modulation,
- dédoublée, grâce à un transformateur 317, pour fournir les signaux de
commande SC3, SC3' des deux troisièmes commutateurs Q3, Q3'.
Claims (14)
1. Onduleur du type recevant un signal d'entrée continu et délivrant un signal de sortie alternatif de forme d'onde prédéterminée, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une chaîne de traitement du signal d'entrée comprenant notamment:
- un module (1) de hachage et de modulation du signal d'entrée sur deux
voies parallèles (5, 6), chaque voie étant chargée de mettre en forme une
partie complémentaire d'un signal intermédiaire haché en haute fréquence
et modulé en basse fréquence selon ladite forme d'onde prédéterminée,
- un module (2) de transformation de tension sur deux voies parallèles (7,
8), chaque voie étant chargée de modifier la tension d'une partie
complémentaire du signal intermédiaire issue de la voie correspondante du
module (1) de hachage et de modulation,
- un module (3) de reconstitution du signal intermédiaire par combinaison
de deux parties complémentaires du signal intermédiaire issues des deux
voies (7, 8) du module (2) de transformation de tension,
- un module (4) de filtrage passe-bas du signal intermédiaire provenant du
module (3) de reconstitution, ledit module (4) de filtrage passe-bas
délivrant ledit signal de sortie alternatif de forme d'onde prédéterminée.
2. Onduleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite forme d'onde est une sinusoïde.
3. Onduleur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacune des parties complémentaires du signal intermédiaire est un signal constitué des alternances positives ou négatives du signal intermédiaire.
4. Onduleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ledit signal d'entrée continu étant reçu sur deux fils d'entrée positif (E+) et négatif (E-), et ledit signal de sortie alternatif étant délivré sur deux fils de sortie (S 1, S2) associés chacun à un fil de référence distinct (R1, R2), caractérisé en ce que ledit module (1) de hachage et de modulation comprend, sur chaque voie (5, 6), un premier commutateur (Q1, Q1') connecté au fil d'entrée négatif (E-).
5. Onduleur selon la revendication A, caractérisé en ce que le module (2) de transformation de tension comprend, sur chaque voie (7, 8), un transformateur comportant un enroulement primaire (9, 12) connecté entre le fil d'entrée positif (E+) et le premier commutateur (Q1, Q1') de la voie correspondante (5, 6) du module (1) de hachage et de modulation, et deux enroulements secondaires (10, 11, 13, 14), les enroulements secondaires (10, 11) du transformateur d'une desdites voies (7) permettant chacun de récupérer une première partie complémentaire du signal intermédiaire, les enroulements secondaires (13, 14) du transformateur de l'autre desdites voies (8) permettant chacun de récupérer, en réalisant une inversion, une seconde partie complémentaire du signal intermédiaire.
6. Onduleur selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le module (3) de reconstitution comprend deux voies parallèles (15, 16) présentant chacune en sortie un premier fil intermédiaire (D, D') sur lequel est délivré ledit signal intermédiaire, et un second fil intermédiaire (E, E') constituant un fil de référence pour le premier fil intermédiaire, chaque voie (15, 16) dudit module (3) de reconstitution étant connectée à un desdits enroulements secondaires (10, 11, 13, 14) de chacune des voies (7, 8) du module (2) de transformation de tension, de façon à recevoir les deux parties complémentaires du signal intermédiaire.
7. Onduleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque voie (15, 16) du module (3) de reconstitution possède des premier (A, A'), second (B, B') et troisième (C, C') points d'entrée, un des seconds enroulements (10, 11) d'une (7) des voies du module (2) de transformation de tension étant connecté entre lesdits premier (A, A') et second (B, B') points d'entrée, et un des seconds enroulements (13, 14) de l'autre voie (8) étant connecté entre lesdits second (B, B') et troisième (C, C') points d'entrée, et en ce que chaque voie (15, 16) du module (3) de reconstitution comprend:
- une première diode (D1, D1') connectée en direct entre le premier point
(A, A') d'entrée et le premier fil intermédiaire (D, D'),
- une seconde diode (D2, D2') connectée en direct entre le troisième point
(C, C') d'entrée et le second fil intermédiaire (E, E'),
- un second (Q2, Q2'), respectivement troisième (Q3, Q3'), commutateur
connecté entre le premier (D, D'), respectivement second (E, E'), fil
intermédiaire et le second point d'entrée (B, B'),
- une troisième (D3, D3'), respectivement quatrième (D4, D4'), diode
connectée en parallèle sur le second (Q2, Q2'), respectivement troisième
(Q3, Q3'), commutateur.
8. Onduleur selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il comprend un module de commande des commutateurs générant des signaux de commande tels que les deux seconds (Q2, Q2'), respectivement troisièmes (Q3, Q3'), commutateurs présentent un comportement opposé à celui du premier commutateur de l'une (Q1), respectivement l'autre (Q1'), des voies (5, 6) du module (1) de hachage et de modulation.
9. Onduleur selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le module (4) de filtrage passe-bas comprend deux voies parallèles (17, 18), chaque voie présentant deux sorties reliées respectivement à un des fils de sortie (S1, S2) et un des fils de référence (R1, R2), et étant chargée de filtrer le signal intermédiaire issu d'une des voies (15, 16) du module (3) de reconstitution.
10. Onduleur selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque voie (17, 18) du module (4) de filtrage comprend une inductance (L, L') connectée entre un des fils de sortie et le premier ou second fil intermédiaire, et une capacité (C, C') connectée entre un des fils de sortie (S 1, S2) et le fil de référence (R1, R2) qui lui est associé.
11. Onduleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque voie (17, 18) du module (4) de filtrage comprend une inductance supplémentaire (Ls) coopérant avec ladite inductance (L) de façon à récupérer une partie de l'énergie réactive provenant d'une charge connectée audit onduleur.
12. Onduleur selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, le signal de sortie étant du type possédant une valeur moyenne nulle, caractérisé en ce que lesdits fils de référence (R1, R2) sont reliés l'un à l'autre.
13. Onduleur selon l'une quelconque des revendications 4 à 11, le signal de sortie étant du type possédant une valeur moyenne positive, caractérisé en ce que ledit onduleur comprend un convertisseur continu I continu (75) délivrant un signal continu stabilisé sur deux fils positif (73) et négatif (74) de sortie de convertisseur, en ce qu'un des fils de référence (Rl) de l'onduleur est relié directement à un des fils d'entrée (E+) de l'onduleur, et en ce que l'autre fil de référence (R2) de l'onduleur est relié à l'autre fil d'entrée (E-) de l'onduleur par l'intermédiaire d'une capacité (Cs) aux bornes de laquelle sont connectés lesdits fils positif (73) et négatif (74) de sortie de convertisseur.
14. Onduleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que lesdits commutateurs (Q1, Q1', Q2, Q2', Q3, Q3') sont des transistors de type MOS.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9407003A FR2721153A1 (fr) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | Onduleur à découpage à modulation BF asymétrique. |
| PCT/FR1995/000721 WO1995034123A1 (fr) | 1994-06-08 | 1995-06-02 | Onduleur a decoupage a modulation bf asymetrique |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2721153A1 true FR2721153A1 (fr) | 1995-12-15 |
Family
ID=9463994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9407003A Pending FR2721153A1 (fr) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | Onduleur à découpage à modulation BF asymétrique. |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU2052595A (fr) |
| FR (1) | FR2721153A1 (fr) |
| WO (1) | WO1995034123A1 (fr) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8390373B2 (en) * | 2010-06-08 | 2013-03-05 | MUSIC Group IP Ltd. | Ultra-high efficiency switching power inverter and power amplifier |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3970916A (en) * | 1974-05-16 | 1976-07-20 | Licentia Patent-Verwaltungs-G.M.B.H. | Circuit arrangement for producing an alternating voltage |
| WO1982002134A1 (fr) * | 1980-12-09 | 1982-06-24 | Haulin Tord L | Convertisseur de tension a largeur d'impulsion modulee pour generer de preference une tension alternative sinusoidale |
| WO1992007418A1 (fr) * | 1990-10-19 | 1992-04-30 | Italtel Societa' Italiana Telecomunicazioni S.P.A. | Convertisseur de courant continu en courant alternatif |
-
1994
- 1994-06-08 FR FR9407003A patent/FR2721153A1/fr active Pending
-
1995
- 1995-06-02 WO PCT/FR1995/000721 patent/WO1995034123A1/fr active Application Filing
- 1995-06-06 AU AU20525/95A patent/AU2052595A/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3970916A (en) * | 1974-05-16 | 1976-07-20 | Licentia Patent-Verwaltungs-G.M.B.H. | Circuit arrangement for producing an alternating voltage |
| WO1982002134A1 (fr) * | 1980-12-09 | 1982-06-24 | Haulin Tord L | Convertisseur de tension a largeur d'impulsion modulee pour generer de preference une tension alternative sinusoidale |
| WO1992007418A1 (fr) * | 1990-10-19 | 1992-04-30 | Italtel Societa' Italiana Telecomunicazioni S.P.A. | Convertisseur de courant continu en courant alternatif |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2052595A (en) | 1995-12-14 |
| WO1995034123A1 (fr) | 1995-12-14 |
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