FR2742013A1 - Procede et dispositif de limitation d'appel de courant d'un condensateur associe a un redresseur - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé et un dispositif de limitation d'appel de courant dans un condensateur (Cf) relié à la sortie (P, M) d'un pont redresseur dont l'entrée (E3, E2) est reliée à une alimentation alternative, le pont étant un pont mixte (12) et étant associé à des moyens pour synchroniser la mise en conduction du pont (12) à partir des passages à zéro de tension de l'alimentation alternative.
Description
PR}CEDÉ ET DISPOSITIF DE LIMITATION D'APPEL DE COURANT D'UN
CONDENSATEUR ASSOCIÉ À UN REDRESSEUR
La présente invention concerne le domaine des convertisseurs de puissance qui sont destinés à fournir des alimentations continues redressées, obtenues à partir d'une tension alternative, par exemple, la tension alternative du secteur et, destinées à servir de base, par exemple, à un système d'alimentation à découpage. L'invention s'applique plus particulièrement à la réalisation d'un circuit de limitation de l'appel de courant d'un condensateur de stockage lors de la mise sous tension d'un redresseur.
CONDENSATEUR ASSOCIÉ À UN REDRESSEUR
La présente invention concerne le domaine des convertisseurs de puissance qui sont destinés à fournir des alimentations continues redressées, obtenues à partir d'une tension alternative, par exemple, la tension alternative du secteur et, destinées à servir de base, par exemple, à un système d'alimentation à découpage. L'invention s'applique plus particulièrement à la réalisation d'un circuit de limitation de l'appel de courant d'un condensateur de stockage lors de la mise sous tension d'un redresseur.
La figure 1 représente un exemple de circuit classique destiné à limiter l'appel de courant d'un condensateur de stockage Cf associé à un redresseur 2 connecté, par des bornes El et E2, à une ligne d'alimentation alternative et fournissant, sur des bornes P et M, une alimentation continue redressée. La borne
M est habituellement une borne de masse. Les bornes P et M sont destinées à alimenter une charge 1 généralement associée à un convertisseur de puissance, par exemple une alimentation à découpage. I1 est éventuellement prévu un dispositif de correction du facteur de puissance, auquel cas le condensateur de stockage fait partie de ce dispositif.
M est habituellement une borne de masse. Les bornes P et M sont destinées à alimenter une charge 1 généralement associée à un convertisseur de puissance, par exemple une alimentation à découpage. I1 est éventuellement prévu un dispositif de correction du facteur de puissance, auquel cas le condensateur de stockage fait partie de ce dispositif.
La mise sous tension du circuit s'effectue généralement au moyen d'un interrupteur 4, à commande automatique ou manuelle, en amont du redresseur 2. Pour éviter que la mise sous tension provoque un appel de courant de plusieurs dizaines à plusieurs centaines d'ampères dû à la charge initiale du condensateur Cf, un dispositif de limitation 5 d'appel de courant est généralement placé entre la borne P et le condensateur Cf.
Le dispositif 5 est classiquement constitué d'une résistance série Rs. Pour éviter que la résistance Rs dissipe en permanence de l'énergie, on prévoit généralement de la courtcircuiter au moyen d'un commutateur 6 lorsque le convertisseur de puissance a atteint un régime établi. La commande 7 du commutateur 6 est fournie par le convertisseur de puissance, par exemple, sur la base d'une mesure du courant de charge du condensateur Cf.
Un inconvénient d'un dispositif classique tel que représenté à la figure 1 est que la présence d'une résistance série sur la ligne d'alimentation redressée entraîne une consommation d'énergie importante dans cette résistance Rs lors du régime transitoire de charge initiale du condensateur Cf.
Un autre inconvénient d'un dispositif classique de limitation de l'appel du courant lors de la mise sous tension, est qu'il nécessite des circuits auxiliaires qui dissipent en permanence de l'énergie pour provoquer et maintenir la mise en court-circuit de la résistance Rs en régime établi. Par exemple, si le convertisseur de puissance comprend un transformateur, la commande 7 du commutateur 6 nécessite généralement un enroulement secondaire supplémentaire. De plus, la présence même du commutateur 6 sur la ligne positive d'alimentation redressée entraîne une consommation d'énergie en régime établi due à la résistance du commutateur 6 à l'état fermé.
Un autre inconvénient du dispositif de la figure 1 est que, s'il se produit une coupure du secteur d'une durée telle que la tension aux bornes du condensateur Cf sort de la plage prévue, cela entraîne une ouverture du commutateur 6 et une consommation d'énergie dans la résistance Rs.
Un autre inconvénient est que le fonctionnement du dispositif de limitation d'appel du courant peut être altéré en cas de baisse temporaire de la tension du secteur, par exemple par suite d'un fort appel de courant d'une autre charge connectée au réseau électrique. En particulier, lorsque le commutateur 6 est constitué d'un relais, et en supposant que la baisse de tension reste dans la plage de fonctionnement prévue, c'est-à-dire que le commutateur 6 reste fermé, on constate un pic de courant très important lorsque la tension du secteur remonte au niveau initial.
La présente invention vise à pallier les inconvénients des dispositifs classiques de limitation d'appel de courant dans un condensateur associé à un redresseur en proposant un dispositif dont la consommation d'énergie est minimisée en régime établi.
L'invention vise également à proposer un dispositif dont la consommation d'énergie en régime établi est indépendante de la tension et de la fréquence du secteur.
L'invention vise également à proposer un dispositif qui fonctionne quelle que soit la nature de la charge (résistive, capacitive, etc.) et dont la consommation d'énergie est indépendante de cette charge.
L'invention vise également à proposer un dispositif qui ne nécessite pas d'alimentation auxiliaire pour sa commande.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un procédé de limitation d'appel de courant dans un condensateur relié à la sortie d'un pont redresseur dont l'entrée est reliée à une alimentation alternative, consistant à
utiliser un pont mixte ; et
autoriser la conduction du pont seulement après un passage par zéro de la tension alternative.
utiliser un pont mixte ; et
autoriser la conduction du pont seulement après un passage par zéro de la tension alternative.
La présente invention prévoit également un dispositif de limitation d'appel de courant dans un condensateur relié à la sortie d'un pont redresseur dont l'entrée est reliée à une alimentation alternative, comportant des moyens pour synchroniser la mise en conduction du pont à partir des passages à zéro de tension de l'alimentation alternative, le pont étant un pont mixte.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comporte un bloc de détection du passage à zéro de la tension aux bornes d'entrée du pont mixte et un bloc de commande de commutateurs constitutifs du pont mixte.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit bloc de détection comporte au moins deux entrées différentielles recevant ladite alimentation alternative, ledit bloc de commande comportant au moins deux sorties commandant, respectivement, un desdits commutateurs.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit pont est constitué d'au moins deux diodes et d'au moins deux thyristors.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, chaque entrée dudit bloc de détection est reliée à une entrée du pont mixte par l'intermédiaire d'une diode de redressement, les anodes desdites diodes de redressement étant reliées à une borne de sortie du pont mixte par l'intermédiaire d'un premier pont diviseur de tension résistif dont le point milieu est relié, au moins par l'intermédiaire d'une première diode Zener, à la gâchette d'un thyristor auxiliaire dont l'anode constitue une sortie du bloc de détection.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit bloc de commande comporte un second pont diviseur résistif dont le point milieu est relié à ladite sortie du bloc de détection et, par l'intermédiaire d'une seconde diode Zener, aux anodes d'au moins deux diodes dont les cathodes respectives constituent les sorties du bloc de commande reliées, respectivement, aux gâchettes desdits thyristors du pont mixte, un condensateur d'amortissement étant monté en parallèle sur ledit thyristor auxiliaire.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, lesdits ponts diviseurs résistifs sont dimensionnés pour que la tension aux bornes dudit condensateur d'amortissement soit, à basse fréquence, toujours nettement supérieure à la tension entre le point milieu du premier pont diviseur résistif et la cathode du thyristor auxiliaire.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la cathode dudit thyristor auxiliaire est reliée aux cathodes desdites diodes de redressement du bloc de détection, lesdits thyristors du pont mixte étant à gâchette de cathode.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la cathode dudit thyristor auxiliaire est reliée à ladite borne de sortie du pont mixte, lesdits thyristors du pont mixte étant à gâchette d'anode.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
la figure 1 décrite précédemment est destinée à exposer l'état de la technique et le problème posé
la figure 2 représente, partiellement sous forme de blocs, un mode de réalisation d'un dispositif de limitation de l'appel de courant selon la présente invention
la figure 3 est un schéma électrique détaillé d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention
les figures 4 et 5 représentent des chronogrammes illustrant le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention
la figure 6 représente l'évolution de tensions de commande lors d'une mise sous tension d'un dispositif selon l'invention ; et
la figure 7 illustre, sous forme de chronogrammes, les effets d'un dispositif selon la présente invention sur des rebonds de tension de la ligne d'alimentation alternative qui sont dus à des rebonds d'un interrupteur de mise sous tension.
la figure 1 décrite précédemment est destinée à exposer l'état de la technique et le problème posé
la figure 2 représente, partiellement sous forme de blocs, un mode de réalisation d'un dispositif de limitation de l'appel de courant selon la présente invention
la figure 3 est un schéma électrique détaillé d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention
les figures 4 et 5 représentent des chronogrammes illustrant le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention
la figure 6 représente l'évolution de tensions de commande lors d'une mise sous tension d'un dispositif selon l'invention ; et
la figure 7 illustre, sous forme de chronogrammes, les effets d'un dispositif selon la présente invention sur des rebonds de tension de la ligne d'alimentation alternative qui sont dus à des rebonds d'un interrupteur de mise sous tension.
Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. De même, les chronogrammes des figures 4 à 7 ne sont pas à l'échelle.
La figure 2 représente un mode de réalisation d'un dispositif de limitation d'appel de courant d'un condensateur Cf associé à un redresseur 12 destiné à alimenter une charge 1, généralement associée à un convertisseur de puissance et/ou à un circuit de correction du facteur de puissance, selon la présente invention.
Le redresseur 12 est, comme précédemment, raccordé à deux bornes El et E2 d'une alimentation alternative, par exemple le secteur. Le redresseur 12 délivre, sur deux bornes P et M entre lesquelles est placé le condensateur de stockage Cf, une alimentation continue redressée destinée à la charge 1.
La mise sous tension du redresseur 12 s'effectue au moyen d'un interrupteur 4, automatique ou manuel, placé en amont du redresseur 12 entre la borne El et une borne E3.
Selon la présente invention, le redresseur 12 est constitué d'un pont mixte comprenant deux diodes, respectivement D1 et D2 et deux commutateurs de puissance commandables, respectivement, K1 et K2. Les commutateurs K1 et K2 du pont mixte 12 sont commandés par un dispositif 15 de limitation de l'appel de courant lors de la mise sous tension du pont 12. Le dispositif 15 comporte un bloc 17 de détection de la tension différentielle entre les bornes E3 et E2 et un bloc 16 de commande des commutateurs K1 et K2.
Une caractéristique de la présente invention est que le condensateur de stockage Cf et la charge 1 sont directement raccordés sur les bornes P et M de sortie du pont 12, sans interposition d'éléments résistifs.
Le bloc 17 effectue une détection de zéro de tension et n'autorise la fermeture des commutateurs K1 et K2, suite à une fermeture de l'interrupteur, que lorsque la tension entre les bornes E3 et E2 est quasi-nulle. Ainsi, la limitation de l'appel de courant s'effectue, selon l'invention, en forçant le régime transitoire de charge du condensateur Cf à démarrer sous une tension la plus faible possible. Par la suite, la détection de zéro de tension effectuée par le bloc 17 sur les bornes E3 et E2 correspond au passage à zéro de la différence entre la tension alternative redressée et la tension aux bornes de la charge 1.
Un avantage de la présente invention est que, en basant la commande des commutateurs K1 et K2 sur une détection de l'alimentation alternative, le dispositif selon l'invention est entièrement indépendant du type de charge 1 et du type de convertisseur.
Un autre avantage de la présente invention est que la limitation de l'appel de courant fonctionne quelle que soit la tension et la fréquence du secteur.
La figure 3 représente un schéma électrique d'un mode de réalisation particulièrement simple des blocs de détection 17 et de commande 16.
Les commutateurs K1 et K2 sont constitués de thyristors, respectivement Thl et Th2, dont les cathodes respectives sont reliées aux bornes E2 et E3 et dont les anodes sont reliées à la borne M. Bien que le recours à des composants à conduction unidirectionnelle pour la réalisation des commutateurs K1 et K2 présente l'avantage que ces composants jouent également le rôle des diodes inférieures d'un pont de diodes classique, on pourra également avoir recours à des composants bidirectionnels, par exemple des transistors MOS de puissance ou des triacs, qui seront alors associés à des diodes appropriées.
Le bloc de détection 17 comporte deux diodes de redressement D3 et D4 dont les cathodes sont reliées, respectivement, aux bornes E3 et E2. Les anodes des diodes D3 et D4 sont reliées à un noeud A.
Les gâchettes des thyristors Thl et Th2 du pont 12 sont, respectivement, reliées aux cathodes de deux diodes D5 et
D6 qui constituent les sorties de commande du bloc 16. Les anodes des diodes D5 et D6 sont reliées à l'anode d'une diode Zener DZ1 dont la cathode est reliée au point milieu C d'un premier pont diviseur, constitué de deux résistances R1 et R2 montées en série entre le noeud A et la borne M. Un condensateur C1 et un thyristor auxiliaire Th3 sont montés en parallèle sur la résistance R1. La gâchette du thyristor Th3 est reliée, par l'intermédiaire de l'association série d'une diode D7 et d'une diode Zener
DZ2, au point milieu B d'un deuxième pont diviseur, constitué de deux résistances R3 et R4 montées en série entre le noeud A et la borne M.
D6 qui constituent les sorties de commande du bloc 16. Les anodes des diodes D5 et D6 sont reliées à l'anode d'une diode Zener DZ1 dont la cathode est reliée au point milieu C d'un premier pont diviseur, constitué de deux résistances R1 et R2 montées en série entre le noeud A et la borne M. Un condensateur C1 et un thyristor auxiliaire Th3 sont montés en parallèle sur la résistance R1. La gâchette du thyristor Th3 est reliée, par l'intermédiaire de l'association série d'une diode D7 et d'une diode Zener
DZ2, au point milieu B d'un deuxième pont diviseur, constitué de deux résistances R3 et R4 montées en série entre le noeud A et la borne M.
Les résistances R1, R2, R3 et R4 sont dimensionnées pour que la tension VCA aux bornes du condensateur C1 soit supérieure à la tension VgA aux bornes de la résistance R3 quelle que soit la différence de potentiel VMA entre la borne M et le noeud A.
Le rôle des diodes Zener DZ1 et DZ2 est de fixer des seuils de commande des thyristors Thl et Th2 autour du zéro de la tension alternative lors du régime transitoire, puis autour du zéro de la différence de potentiel entre la valeur absolue de la tension alternative et la tension aux bornes du condensateur Cf en régime établi.
Le rôle du condensateur C1 est d'amortir les brusques variations de la tension d'alimentation de manière à éviter, à l'aide du thyristor Th3, une mise en conduction d'un des thyristors Thl ou Th2. Le thyristor Th3, lorsqu'il est fermé, interdit la fermeture d'un thyristor Thl ou Th2 dans la mesure où il court-circuite le condensateur C1 et la résistance R1, interdisant ainsi la conduction de la diode Zener DZ1.
Le fonctionnement du dispositif représenté à la figure 3 est décrit par la suite en relation avec les figures 4 à 7.
Les figures 4 à 6 illustrent le fonctionnement du dispositif selon l'invention à la mise sous tension du redresseur 12 en supposant que l'interrupteur 4 n'entraîne pas de rebonds sur la tension du secteur lors de sa fermeture.
La figure 4 représente des chronogrammes de la tension alternative d'alimentation VE1E2 de la tension VMA, de la tension VCf aux bornes du condensateur Cf, et du courant 1c circulant dans la ligne positive d'alimentation redressée.
La figure 5 représente des chronogrammes des tensions
VBA et VCA et des états respectifs (fermés ou ouverts) des thyristors Thl, Th2 et Th3.
VBA et VCA et des états respectifs (fermés ou ouverts) des thyristors Thl, Th2 et Th3.
La tension VE1E2 correspond à la tension du secteur, par exemple une tension de 220 volts à une fréquence de 50 Hertz.
Quand l'interrupteur 4 est ouvert, tous les signaux représentés aux figures 4 et 5 sont nuls.
On suppose que l'interrupteur 4 est fermé à un instant t0 au cours d'une alternance négative de la tension VElE2. Les diodes D3 et D4 se comportent comme un redresseur et la tension
VMA correspond à la tension VE1E2 redressée. On néglige la chute de tension dans les diodes D3 et D4. Cette approximation est sans aucune conséquence sur le fonctionnement du dispositif dans la mesure où les diodes D5 et D6 imposent une chute de tension identique entre la diode Zener DZ1 et les gâchettes des thyristors
Thl et Th2. Les diodes D3 et D4 sont polarisées en direct, respectivement pendant les alternances négatives et positives du secteur.
VMA correspond à la tension VE1E2 redressée. On néglige la chute de tension dans les diodes D3 et D4. Cette approximation est sans aucune conséquence sur le fonctionnement du dispositif dans la mesure où les diodes D5 et D6 imposent une chute de tension identique entre la diode Zener DZ1 et les gâchettes des thyristors
Thl et Th2. Les diodes D3 et D4 sont polarisées en direct, respectivement pendant les alternances négatives et positives du secteur.
A l'instant t0, la tension VMA croît brusquement pour rejoindre la valeur absolue de la tension VEXEZ La tension VBA (figure 5) suit la tension VMA avec une amplitude moindre sous l'effet du pont diviseur R3-R4. Par contre, la tension VCA ne présente pas de pic à l'instant to, en raison de l'amortissement effectué par le condensateur C1. En effet, bien que les ponts résistifs soient dimensionnés pour que la tension VCA soit supérieure à la tension VBA, cela n'est pas le cas pendant le régime transitoire lié à la fermeture de l'interrupteur 4 en raison de la présence du condensateur C1. Ce phénomène est mieux illustré par la figure 6 qui représente les allures des tensions VBA et
VCA au début du régime transitoire.
VCA au début du régime transitoire.
Le dimensionnement du condensateur C1 est, selon l'invention, tel que le délai Tc imposé par le condensateur C1 pour que la tension VCA atteigne la tension seuil V1 de la diode Zener
DZ1 soit très important devant le temps Td que met la tension VBA pour atteindre cette tension seuil V2. A la figure 6, on a supposé qu'à l'instant t0 la tension VMA est telle que la tension
VBA est inférieure à la tension V2.
DZ1 soit très important devant le temps Td que met la tension VBA pour atteindre cette tension seuil V2. A la figure 6, on a supposé qu'à l'instant t0 la tension VMA est telle que la tension
VBA est inférieure à la tension V2.
A un instant tl, la tension VBA atteint la tension seuil V2 de déclenchement du thyristor Th3 qui s'amorce et courtcircuite la résistance R1 ainsi que le condensateur C1. De ce fait, la tension VCA devient nulle, ce qui interdit toute mise en conduction des thyristors Thl et Th2.
Ainsi, le condensateur C1 interdit la mise en conduction d'un des thyristors Thl ou Th2 du pont 12 pendant une alternance du secteur. Sans le condensateur C1, la tension VCA évoluerait plus rapidement que la tension VBA, ce qui interdirait la fermeture du thyristor Th3. Ce phénomène est d'ailleurs utilisé, comme on le verra par la suite, aux alternances suivantes pour provoquer la mise en conduction d'un des thyristors Thl ou
Th2.
Th2.
A un instant t2 (figures 4 et 5) où la tension VE1E2 passe par zéro, le thyristor Th3 s'ouvre. Il en résulte qu'au début de l'alternance positive qui suit, les tensions VBA et VCA vont, chacune, croître sinusoidalement depuis une tension nulle.
En effet, le condensateur C1 est ici inopérant en raison de la faible fréquence (par exemple, 50 ou 60 Hertz) du secteur. Par contre, la tension VCA évolue alors beaucoup plus rapidement que la tension VBA en raison du dimensionnement des ponts résistifs
R1-R2 et R3-R4. Ainsi, la tension VCA (figure 5) atteint la tension seuil V1 fixée par la diode Zener DZ1 (et une des diodes
D5 ou D6), avant que la tension VBA ait pu atteindre (instant t'l) la tension seuil V2 fixée par la diode Zener DZ2 (et la diode D7), donc, avant que le thyristor Th3 se déclenche.
R1-R2 et R3-R4. Ainsi, la tension VCA (figure 5) atteint la tension seuil V1 fixée par la diode Zener DZ1 (et une des diodes
D5 ou D6), avant que la tension VBA ait pu atteindre (instant t'l) la tension seuil V2 fixée par la diode Zener DZ2 (et la diode D7), donc, avant que le thyristor Th3 se déclenche.
A un instant t3 où la tension VCA atteint la tension seuil V1, le pont 12 est mis en conduction par la fermeture d'un des ses thyristors et le condensateur Cf peut commencer à se charger.
Si le premier passage à zéro qui suit la fermeture de l'interrupteur 4 est suivi d'une alternance positive, le thyristor qui conduit est le thyristor Thl. La fermeture du thyristor Thl à l'instant t3 provoque un effondrement de la tension
VMA. Ainsi, le dispositif selon l'invention n'entraîne aucune consommation d'énergie pendant que le redresseur conduit.
VMA. Ainsi, le dispositif selon l'invention n'entraîne aucune consommation d'énergie pendant que le redresseur conduit.
Au milieu de l'alternance positive (instant t4), le thyristor Thl s'ouvre dans la mesure où il est alors polarisé en inverse. On néglige la chute de tension aux bornes du thyristor
Thl à l'état passant. Le condensateur alimente alors de manière classique la charge 1.
Thl à l'état passant. Le condensateur alimente alors de manière classique la charge 1.
Au cours de l'alternance suivante et lorsque la charge du condensateur Cf devient inférieure à la valeur absolue de la tension alternative d'alimentation (instant ts), la tension VMA recommence à croître en suivant l'allure de la tension VE1E2 mais en partant d'un potentiel nul. En effet, la tension VMA reste nulle entre les instants t4 et t5, les diodes D3 et D4 empêchant la charge du condensateur C1.
A un instant t6 où la tension VCA atteint la tension
V1, le thyristor Th2 se ferme et le condensateur Cf complète sa charge jusqu'au milieu de l'alternance négative (instant t7).
V1, le thyristor Th2 se ferme et le condensateur Cf complète sa charge jusqu'au milieu de l'alternance négative (instant t7).
On notera que le léger retard (t6-t5) apporté par le dispositif selon l'invention au complément de charge du condensateur Cf n'est pas gênant dans la mesure où l'apparition de l'instant t5 est fonction du besoin de charge du condensateur Cf.
Par la suite, en régime établi, le fonctionnement des instants t5 à t7 se reproduit à chaque alternance, le thyristor
Thl ou Th2 étant fermé à l'instant t5 avant que la tension VBA ait pu amorcer le thyristor Th3.
Thl ou Th2 étant fermé à l'instant t5 avant que la tension VBA ait pu amorcer le thyristor Th3.
A la figure 5, les périodes de conduction des thyristors Thl, Th2 et Th3 sont symbolisées par un état 1, les thyristors étant ouverts à l'état 0.
En se référant de nouveau à la figure 4, le condensateur Cf commence à se charger à l'instant t3 sous une tension V'1 très faible qui correspond à la tension seuil V1 de conduction de la diode Zener DZ1.
Le condensateur Cf se charge ensuite en suivant sensiblement une forme sinusoïdale entre l'instant t3 et le milieu de l'alternance (instant t4), la valeur maximale Imax du courant Ic étant donnée par la relation Vmax.Cl., où Vmax représente l'amplitude crête de la tension alternative d'alimentation et oùQ représente la pulsation du secteur.
Dans la représentation de la figure 4, on a supposé que le condensateur Cf atteignait son niveau de charge maximale dès la première alternance de charge. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention n'est pas modifié si le condensateur Cf a besoin de plusieurs alternances pour atteindre son niveau de charge maximal.
On notera que la tension seuil apportée par la diode
Zener DZ1 interdit toute conduction simultanée des thyristors Thl et Th2.
Zener DZ1 interdit toute conduction simultanée des thyristors Thl et Th2.
La présente invention permet de décaler la mise sous tension du redresseur jusqu'au passage à zéro qui suit l'alternance durant laquelle l'interrupteur 4 est fermé.
Les tensions seuil des diodes Zener DZ1 et DZ2 peuvent être égales ou différentes, pourvu que, en régime établi, la tension VCA atteigne la tension V1 avant que la tension VBA ait atteint la tension V2. Le condensateur C1 évite toute fermeture d'un des thyristors Thl ou Th2 lors d'une brusque variation de la tension du secteur, tandis que le dimensionnement des ponts résistifs R1-R2 et R3-R4 interdit, à basse fréquence, toute fermeture du thyristor Th3 avant que la tension VCA atteigne le seuil fixé par la diode Zener DZ1.
Selon l'invention, les tensions seuil des diodes Zener
DZ1 et DZ2 sont de faibles valeurs (par exemple, de 2 à 5 volts) afin que la fermeture d'un des thyristors Thl ou Th2 intervienne le plus près possible du début de l'alternance en régime transitoire et de l'instant t5 où la valeur absolue de la tension du secteur devient supérieure à la charge du condensateur Cf (ou à la tension aux bornes de la charge 1) en régime établi.
DZ1 et DZ2 sont de faibles valeurs (par exemple, de 2 à 5 volts) afin que la fermeture d'un des thyristors Thl ou Th2 intervienne le plus près possible du début de l'alternance en régime transitoire et de l'instant t5 où la valeur absolue de la tension du secteur devient supérieure à la charge du condensateur Cf (ou à la tension aux bornes de la charge 1) en régime établi.
La présente invention permet une limitation de l'appel de courant à la charge initiale du condensateur Cf en minimisant les pertes d'énergie. En effet, la consommation du dispositif selon l'invention est limitée à la consommation des blocs 16 et 17 (figure 3) durant l'alternance au cours de laquelle l'interrupteur 4 est fermé. Par la suite, le dispositif consomme une énergie quasi-nulle entre les instants t2 et t3 puis t5 et t6, avant la mise en conduction d'un des thyristors Thl ou Th2.
Pendant le reste de chaque alternance, aucune consommation d'énergie n'est ajoutée à la consommation du pont redresseur D1
D2-Thl-Th2.
D2-Thl-Th2.
Un autre avantage de la présente invention est que la commande du redresseur 12 au moyen du bloc 16 s'effectue indépendamment de la charge 1. Ainsi, le dispositif de limitation selon l'invention peut être associé à une charge quelconque. De plus, le dispositif s'adapte de lui-même à une modification du caractère capacitif de la charge 1. Par exemple, si la charge devient purement résistive en régime établi, ce qui est par exemple le cas d'un dispositif de correction du facteur de puissance, les instants t5 du régime établi correspondent aux passages par zéro de la tension alternative.
Un autre avantage de la présente invention est que le fonctionnement du dispositif n'est pas lié à la tension alternative d'alimentation ni à sa fréquence, pourvu que la période reste très grande devant la constante de temps imposée par le condensateur C1 et que la tension du secteur soit supérieure aux tensions seuil définies par le dispositif 15.
La figure 7 illustre le fonctionnement du dispositif selon l'invention lorsque des rebonds accompagnent la fermeture de l'interrupteur 4 (figure 3). La figure 7 représente des chronogrammes de la tension VMA ainsi que les états de conduction des thyristors Th2 et Th3.
On suppose ici que l'interrupteur 4 est fermé à un instant t10 durant une alternance positive. Dans l'exemple représenté, la fermeture de l'interrupteur 4 intervient à un instant où la tension VMA est déjà supérieure aux seuils V'1 et V'2 qui correspondent, respectivement, aux tensions seuil V1 et V2 des diodes Zener DZ1 et DZ2 qui, ici, sont supposées différentes.
La fermeture de l'interrupteur 4 est accompagnée de rebonds qui se traduisent, sur la tension VMA, par des impulsions redressées à une fréquence très élevée (par exemple, de l'ordre du mégahertz) devant la fréquence du secteur. A l'instant tlo, le thyristor Th3 entre immédiatement en conduction dans la mesure où la tension VBA excède la tension seuil V2. Le thyristor Th3 reste fermé tant que l'impulsion du rebond ne passe pas par zéro. On suppose qu'à un instant t111 le rebond passe par la tension nulle, ce qui provoque l'ouverture du thyristor Th3.
Comme la fréquence des rebonds est très élevée, le condensateur C1 va jouer son rôle d'amortisseur de la tension VCA au début de chaque nouvelle impulsion de rebonds. Ainsi, le thyristor Th3 se ferme à des instants t121 t14, et t16 qui correspondent à des instants où la tension VMA atteint la tension V'2.
A chaque passage à zéro des impulsions des rebonds (instants tll, t13 et t15) le thyristor Th3 s'ouvre.
Lorsque les rebonds disparaissent, la tension VMA se met à suivre la valeur absolue de la tension du secteur qui s'est stabilisée et, le thyristor Th3 s'ouvre à un instant t17 correspondant à la fin de l'alternance. On retrouve alors à un instant t18 le fonctionnement décrit précédemment en relation avec l'instant t3.
Un avantage de la présente invention est qu'elle permet d'empêcher la mise sous tension du redresseur pendant les rebonds qui accompagnent la fermeture de l'interrupteur 4 de mise sous tension. On notera que le fonctionnement du dispositif selon l'invention n'est pas affecté par le fait que les rebonds masquent un passage à zéro de la tension du secteur. En effet, dans ce cas, la mise sous tension du redresseur 12 est reportée, selon l'invention, jusqu'au passage à zéro qui suit le dernier rebond lié à la fermeture de l'interrupteur 4.
Un autre avantage de la présente invention est qu'elle bloque l'alimentation du redresseur 12 jusqu'au passage à zéro d'une alternance en cas de micro-coupure du secteur. En effet, dès que la tension alternative d'alimentation devient nulle, même au milieu d'une alternance, le thyristor Thl ou Th2 qui était conducteur s'ouvre. Cela active le bloc de détection 17 et reporte ainsi la mise sous tension du redresseur 12 au début de l'alternance qui suit la fin de la micro-coupure. Le fonctionnement du dispositif en cas de micro-coupure se déduit de l'exposé du fonctionnement du dispositif en présence de rebonds illustré par les figures 4 à 7. Si la micro-coupure n'entraîne pas la décharge complète du condensateur Cf, le pont est remis sous tension à un instant t5 (figures 4, 5) qui suit le passage par zéro de la tension secteur rétablie.
Un autre avantage de la présente invention est qu'elle n'entraîne aucun appel de courant important en cas de variation de la tension du secteur au milieu d'une alternance. En effet, tant que la tension alternative d'alimentation n'est pas nulle, le dispositif selon l'invention est désactivé.
De plus, même si l'amplitude de la tension du secteur chute de manière importante, sur plusieurs alternances, en entraînant un niveau de charge maximal du condensateur Cf inférieur, la remise du condensateur Cf au niveau de charge d'origine se produit dès que la tension du secteur retrouve ce niveau d'origine sans qu'il y ait de pic de courant sur la ligne d'alimentation redressée.
On constate donc que, même pendant la charge du condensateur Cf, le dispositif selon l'invention détecte toute irrégularité dans la tension d'alimentation alternative qui serait susceptible d'engendrer un pic de courant au niveau de la ligne d'alimentation redressée.
En présence d'une telle irrégularité, que ce soit une micro-coupure ou des rebonds à fréquence élevée, le dispositif coupe le redresseur 12 et attend que la tension VE1E2 se soit stabilisée (soit revenue à une fréquence proche de sa fréquence nominale) pour redémarrer le redresseur à partir d'un passage à zéro de la tension du secteur.
Un autre avantage de la présente invention est que le dispositif ne nécessite pas d'alimentation redressée auxiliaire pour sa commande.
Un autre avantage de la présente invention est que le condensateur C1 peut être un condensateur basse-tension dans la mesure où la tension aux bornes de ce condensateur n'excède jamais la tension seuil fixée par la diode Zener DZ1.
A titre d'exemple particulier de réalisation, un dispositif selon l'invention peut être réalisé avec des composants dimensionnés de la façon suivante
R1, R2, R3 = 1 kQ ;
R4 = 10 tA ;
C1 = 200 nF ; et
V1 = V2 = 3,3 V.
R1, R2, R3 = 1 kQ ;
R4 = 10 tA ;
C1 = 200 nF ; et
V1 = V2 = 3,3 V.
Selon un autre mode de réalisation du dispositif de limitation de l'invention, les thyristors Thl et Th2 sont à gâchette d'anode et le condensateur C1 ainsi que le thyristor Th3 sont montés en parallèle sur la résistance R2. Un avantage d'un tel mode de réalisation est qu'il facilite l'intégration, sous forme de circuit intégré, du dispositif de limitation selon l'invention. Le fonctionnement du dispositif de limitation selon ce mode de réalisation se déduit de celui décrit ci-dessus.
Bien que l'exemple de réalisation décrit dans ce qui précède se réfère à une alimentation alternative monophasée, l'adaptation du dispositif selon l'invention à une alimentation polyphasée est particulièrement simple. En effet, les seules modifications à apporter aux blocs de détection 17 et de commande 16 sont d'ajouter, pour chaque phase supplémentaire, une diode en parallèle sur les diodes D3 et D4 et une diode en parallèle sur les diodes D5 et D6. La cathode de chaque diode supplémentaire est reliée, respectivement, à une borne d'alimentation de la phase supplémentaire et à la gâchette d'un thyristor supplémentaire constituant une branche additionnelle du redresseur.
Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, chacun des composants décrits pourra être remplacé par un ou plusieurs composants remplissant la même fonction. Par exemple, les thyristors pourront être remplacés par des transistors MOS de puissance.
Les thyristors Thl et Th2 et les diodes D1 et D2 du pont mixte 12 pourront également être inversés. En d'autres termes, les cathodes des thyristors Thl et Th2 peuvent constituer la borne de sortie positive de l'alimentation redressée, les anodes des diodes D1 et D2 constituant la borne de sortie négative ou la masse.
Claims (10)
1. Procédé de limitation d'appel de courant dans un condensateur (Cf) relié à la sortie (P, M) d'un pont redresseur dont l'entrée (E3, E2) est reliée à une alimentation alternative, caractérisé en ce qu'il consiste à
- utiliser un pont mixte (12) ; et
- autoriser la conduction du pont (12) seulement après un passage par zéro de la tension alternative.
2. Dispositif de limitation d'appel de courant dans un condensateur (Cf) relié à la sortie (P, M) d'un pont redresseur dont l'entrée (E3, E2) est reliée à une alimentation alternative, caractérisé en ce que le pont est un pont mixte (12), et en ce qu'il comporte des moyens pour synchroniser la mise en conduction du pont (12) à partir des passages à zéro de tension de l'alimentation alternative.
3. Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un bloc (17) de détection du passage à zéro de la tension aux bornes (E3, E2) d'entrée du pont (12) et un bloc (16) de commande de commutateurs (K1, K2) constitutifs du pont mixte (12).
4. Dispositif de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit bloc de détection (17) comporte au moins deux entrées différentielles recevant ladite alimentation alternative, ledit bloc de commande (16) comportant au moins deux sorties commandant, respectivement, un desdits commutateurs (K1,
K2).
5. Dispositif de commande selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit pont (12) est constitué d'au moins deux diodes (D1, D2) et d'au moins deux thyristors (Thl, Th2).
6. Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque entrée dudit bloc de détection (17) est reliée à une entrée (E3, E2) du pont mixte (12) par l'intermédiaire d'une diode de redressement (D3, D4), les anodes (A) desdites diodes de redressement (D3, D4) étant reliées à une borne de sortie (M) du pont mixte (12) par l'intermédiaire d'un premier pont diviseur de tension résistif (R3, R4) dont le point milieu (B) est relié, au moins par l'intermédiaire d'une première diode Zener (DZ2), à la gâchette d'un thyristor auxiliaire (Th3) dont l'anode constitue une sortie du bloc de détection (17).
7. Dispositif de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit bloc de commande (16) comporte un second pont diviseur résistif (R1, R2) dont le point milieu (C) est relié à ladite sortie du bloc de détection (17) et, par l'intermédiaire d'une seconde diode Zener (DZl), aux anodes d'au moins deux diodes (D5, D6) dont les cathodes respectives constituent les sorties du bloc de commande (16) reliées, respectivement, aux gâchettes desdits thyristors (Thl, Th2) du pont mixte (12), un condensateur d'amortissement (C1) étant monté en parallèle sur ledit thyristor auxiliaire (Th3).
8. Dispositif de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits ponts diviseurs résistifs (R1-R2,
R3-R4) sont dimensionnés pour que la tension aux bornes dudit condensateur d'amortissement (C1) soit, à basse fréquence, toujours nettement supérieure à la tension entre le point milieu (B) du premier pont diviseur résistif (R3, R4) et la cathode du thyristor auxiliaire (Th3).
9. Dispositif de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que la cathode dudit thyristor auxiliaire (Th3) est reliée aux cathodes desdites diodes (D3, D4) de redressement du bloc de détection (17), lesdits thyristors (Thl, Th2) du pont mixte (12) étant à gâchette de cathode.
10. Dispositif de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que la cathode dudit thyristor auxiliaire (Th3) est reliée à ladite borne de sortie (M) du pont mixte (12), lesdits thyristors (Thl, Th2) du pont mixte (12) étant à gâchette d'anode.
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