FR2744814A1

FR2744814A1 - Alimentation stabilisee a impedance d'entree quasi-resistive

Info

Publication number: FR2744814A1
Application number: FR9601687A
Authority: FR
Inventors: Francois Noirot; Francois Bertin Rasoanarivo
Original assignee: Telediffusion de France ets Public de Diffusion
Current assignee: Telediffusion de France ets Public de Diffusion
Priority date: 1996-02-12
Filing date: 1996-02-12
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2016-02-12
Also published as: FR2744814B1

Abstract

L'invention concerne une alimentation stabilisée à impédance d'entrée quasi-résistive. Elle comprend un module redresseur (1) double alternance exempt de capacité en tête, délivrant à partir d'une tension alternative une tension alternative redressée, un module (2) de prérégulation délivrant par commande par impulsions de découpage périodique de la tension alternative redressée une tension continue prérégulée, et un module (3) de régulation linéaire délivrant, à partir de la tension continue prérégulée, une tension stabilisée d'utilisation, l'ensemble présentant un facteur de puissance voisin de 1. Application à la réalisation de sources d'alimentation d'amplificateurs HF de lignes de réseaux de télédistribution.

Description

ALIMENTATION STABILISEE A IMPEDANCE D'ENTREE OUASI-RESISTIVE
La présente invention concerne une alimentation stabilisée à impédance d'entrée quasi-résistive, plus particulièrement, bien que non-exclusivement, destinée à fonctionner à partir d'une tension alternative délivrée conjointement avec un signal HF de télédistribution.

A l'heure actuelle, en raison de la multiplication des réseaux de télédistribution de programmes télévisés, la multiplication de l'implantation sur ces réseaux d'amplificateurs des signaux HF correspondants pose le problème du choix de systèmes ou de sources d'alimentation optimisés de ces amplificateurs, afin d'assurer des conditions de propagation et de distribution optimale de ces programmes télévisés.

Parmi les sources de téléalimentation actuellement connues, on peut citer le transformateur simple et le transformateur à fer saturé. Ces deux sources sont dimensionnées pour délivrer, à partir de la tension d'alimentation secteur, 220 V, 50 Hz par exemple, une tension nominale de 48 V efficaces, pour un courant de 12 A maximum. Un système de redressement avec capacité en tête peut alors être couplé à l'un ou l'autre des transformateurs pour délivrer une tension d'alimentation sensiblement continue aux amplificateurs précités.

Le transformateur simple apparaît comme la solution la moins coûteuse des sources de téléalimentation. Toutefois, lorsque l'on alimente, à partir d'un tel transformateur, les redresseurs à capacité en tête de type classique, on observe un courant alternatif consommé présentant des pics de courant de courte durée mais de forte amplitude et correspondant à une valeur efficace bien plus élevée que la valeur requise. Le défaut précité entraîne l'existence de pertes en lignes élevées, diminuant le nombre d'amplificateurs téléalimentés par une source.

Le transformateur à fer saturé permet de fournir une tension secondaire stable, pour une gamme étendue de valeurs de la tension d'entrée, très supérieure à la plage de variations habituelle de la valeur de la tension d'alimentation du réseau alternatif. En outre, ce type de transformateur est basé sur un phénomène de ferrorésonance et il présente, de ce fait, les propriétés supplémentaires ci-après
- un système de redresseur alimenté par un tel transformateur présente une immunité aux micro-coupures de l'alimentation secteur de durée inférieure à sa période
- la forme d'onde, sensiblement carrée, délivrée par ce type de transformateur, permet d'effectuer un redressement à partir d'un système redresseur à capacité en tête plus performant.

En outre, certains développements plus récents ont permis la mise en oeuvre de sources de téléalimentation permettant de tirer parti de la transmission avec le signal
HF, sur le réseau de télédistribution, d'une tension alternative sinusoïdale de valeur efficace égale à 48 volts.

Un schéma de principe d'une telle source est représenté en figure 1.

Après séparation du signal HF, par l'intermédiaire des selfs de choc Ld, la tension alternative à 48 V est redressée par un redresseur double alternance à capacité en tête. Un régulateur à découpage reçoit la tension continue d'alimentation à l'amplificateur A du signal HF relié à la ligne du réseau de télédistribution par une capacité de liaison Cd.

Le signal HF amplifié délivré par la sortie de l'amplificateur A est à nouveau mélangé à la tension alternative sinusoïdale à 48 V pour alimenter le reste de la ligne du réseau de télédistribution. La tension redressée délivrée par le redresseur double alternance n'a pas de masse commune avec celle de la ligne et un isolement galvanique, par transformateur de liaison, est introduit entre cette tension redressée et la ligne du réseau de télédistribution, pour assurer la continuité de la ligne de masse.

Ce type d'alimentation donne satisfaction, dans la mesure où il permet d'assurer une alimentation autonome des amplificateurs, en l'absence de raccordement des sources d'alimentation au secteur alternatif, l'alimentation étant effectuée directement à partir de la tension alternative de 48 V disponible sur les lignes du réseau de télédistribution.

Toutefois, ce type d'alimentation présente les limitations des alimentations à système de redressement à capacité en tête. En particulier, l'alimentation telle que représentée en figure 1, lorsque celle-ci reçoit une tension d'alimentation sinusoïdale ou trapézoïdale, à partir d'un transformateur à fer saturé, présente des valeurs de pic d'intensité importantes par rapport à une téléalimentation dite idéale, définie comme un simple élément résistif, lequel, mis à la place d'une téléalimentation réelle, consommerait la même puissance, selon le tableau ci-après.

<tb>

<SEP> Source <SEP> Sinusoïdale <SEP> Trapézoïdale <SEP> I <SEP> Sinusoïdale <SEP> Trapézoïdale
<tb> Redressement <SEP> Capacité <SEP> en <SEP> Capacité <SEP> en <SEP> Courant <SEP> Courant
<tb> <SEP> tête <SEP> tête <SEP> idéal <SEP> idéal
<tb> <SEP> Tension
<tb> <SEP> efficace <SEP> 50,6 <SEP> V <SEP> 49 <SEP> V <SEP> 50,6 <SEP> V <SEP> 49 <SEP> V
<tb> <SEP> Amplitude
<tb> <SEP> des <SEP> pics <SEP> 3,14A <SEP> 0,95 <SEP> A <SEP> 0,56 <SEP> A <SEP> 0,43 <SEP> A <SEP>
<tb> <SEP> Courant
<tb> <SEP> efficace <SEP> 0,810A <SEP> 0,51 <SEP> A <SEP> 0,38 <SEP> A <SEP> 0,39 <SEP> A <SEP>
<tb> <SEP> Facteur <SEP> de
<tb> <SEP> puissance <SEP> 0,53 <SEP> 0,72 <SEP> <SEP> i <SEP> i <SEP>
<tb>
Bien qu'une source d'alimentation à capacité en tête alimentée à partir d'une tension trapézoïdale grâce à un transformateur a fer saturé présente les valeurs d'amplitude de pics de courant plus faible, dans un rapport inférieur à 1/3, qu'une même source d'alimentation à capacité en tête alimentée par une tension sinusoïdale, transformateur simple, l'adéquation à la source de téléalimentation idéale pour laquelle ce rapport est ramené à une valeur inférieure à 3/100 alors que les courants efficaces correspondants sont sensiblement identiques, le facteur de puissance étant par définition égal à 1, n'est toutefois pas satisfaite.

La présente invention a pour objet la mise en oeuvre d'une alimentation stabilisée du type alimentation à découpage à impédance quasi-résistive, permettant d'obtenir un facteur de puissance voisin de la valeur 1 pour laquelle les pics de courant présentent une amplitude réduite.

Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'une alimentation stabilisée de type alimentation à découpage, laquelle, grâce à son impédance quasi-résistive, consomme, en conséquence, un courant quasi-sinusoïdal pour une alimentation sinusoïdale et un courant quasitrapézoïdal pour une alimentation trapézoïdale, ce qui permet de minimiser les pertes de consommation et d'approcher du point de vue des performances d'amplitudes de pics de courant et de valeur efficace du courant consommé celles de la téléalimentation idéale, d'impédance totalement résistive, définie précédemment.

L'alimentation stabilisée à impédance d'entrée quasi-résistive, objet de la présente invention, est remarquable en ce qu'elle comprend, alimentés à partir d'une tension alternative, un module redresseur double alternance délivrant, à partir de cette tension alternative, une tension alternative redressée, un module de prérégulation délivrant, à partir de cette tension alternative redressée, une tension continue prérégulée, par commande par impulsions de découpage périodique de la tension alternative redressée à partir de la tension prérégulée et un module de régulation linéaire délivrant, à partir de la tension continue prérégulée, une tension stabilisée d'utilisation.

L'alimentation stabilisée à impédance d'entrée quasi-résistive, objet de la présente invention, trouve application de manière particulièrement avantageuse, mais non limitative, à la réalisation de sources d'alimentation en tension continue d'amplificateurs HF de lignes de réseau de télédistribution de programmes télévisés.

Ses objets et mode opératoire seront mieux compris à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-après, dans lesquels, outre la figure 1 relative à l'art antérieur
- la figure 2 présente un schéma synoptique, sous forme de blocs fonctionnels, représentatif de l'alimentation stabilisée, objet de la présente invention
- la figure 3a représente un mode de réalisation particulier du prérégulateur 2 inclus dans le schéma de la figure 2
- la figure 3b représente des chronogrammes de signaux de courants délivrés en différents points du prérégulateur représenté en figure 3a
- la figure 4 représente un mode de réalisation particulier avantageux du prérégulateur représenté en figure 2 et dans lequel le circuit de commande du prérégulateur a été détaillé
- la figure 5a représente un chronogramme des signaux relatifs au courant et à la tension d'entrée
- les figures 5b et 5c représentent le spectre de fréquences de la tension et du courant d'entrée, représentés en figure 5a ;
- la figure 6a représente un chronogramme relatif au courant d'entrée et au courant de l'enroulement primaire du transformateur du régulateur représenté en figures 3a ou 4
- la figure 6b représente un chronogramme relatif au courant de l'enroulement primaire du transformateur du régulateur et au découpage de ce courant
- la figure 6c est relative à un diagramme de gamme de fonctionnement de l'alimentation stabilisée, objet de l'invention, représentant la puissance électrique absorbée en fonction de la valeur efficace de la tension d'alimenta tion d'entrée
- la figure 6d représente un chronogramme de la tension de sortie stabilisée délivrée par l'alimentation stabilisée selon l'invention ;
- la figure 7a représente un chronogramme de la tension et du courant d'entrée mesurés en régime transitoire
- la figure 7b représente un chronogramme de la tension prérégulée et du courant absorbé par l'alimentation stabilisée selon l'invention en régime transitoire
- la figure 7c représente, à titre comparatif, le régime transitoire d'une alimentation connue de l'art antérieur, telle que représentée en figure 1.

Une description plus détaillée d'une alimentation stabilisée à impédance d'entrée quasi-résistive, conforme à l'objet de la présente invention, sera maintenant donnée en liaison avec la figure 2 et les figures suivantes.

D'une manière générale, on indique que l'alimentation stabilisée, selon l'invention, est alimentée à partir d'une tension alternative, cette tension alternative pouvant être celle du secteur, mais, de manière plus spécifique, la tension alternative à 48 v transmise avec le signal HF sur la ligne de transmission d'un réseau de télédistribution de programmes télévisés par exemple.

Ainsi que représenté sur la figure 2, on indique que l'alimentation stabilisée selon l'invention comprend un module redresseur 1 double alternance délivrant, à partir de la tension alternative d'alimentation, une tension alternative redressée. On note en particulier que le module redresseur 1 est un module double alternance de type classique mais dans lequel la capacité en tête a été supprimée, dans les conditions qui seront décrites ultérieurement dans la description.

L'alimentation stabilisée selon l'invention comporte également un module 2 de prérégulation recevant la tension alternative redressée et délivrant, à partir de celle-ci, une tension continue prérégulée. La tension continue prérégulée est obtenue par commande par impulsions de découpage périodique de la tension alternative redressée, cette commande étant effectuée à partir de la tension continue prérégulée.

Enfin, l'alimentation stabilisée selon l'invention comprend un module 3 de régulation linéaire recevant la tension continue prérégulée et délivrant une tension stabilisée d'utilisation.

Pour fixer les idées, on indique que pour une tension alternative de valeur efficace 48 V, le module 1 redresseur double alternance délivre une tension périodique d'amplitude crête-à-crête correspondante, constituant la tension alternative redressée, et le module de prérégulation 2 délivre la tension continue prérégulée dont la valeur moyenne est de l'ordre de 26 V. Le module de régulation linéaire 3 délivre, à partir de la tension continue prérégulée précitée, la tension continue stabilisée d'utilisation dont la valeur est fixée à 24 V. Sur la figure 1, Rs désigne la résistance de charge de l'alimentation stabilisée selon l'invention.

Une description plus détaillée du module 2 de prérégulation précédemment décrit avec la figure 2 sera maintenant donnée en liaison avec la figure 3a.

Selon la figure précitée, le module de prérégulation 2 comporte au moins un transformateur d'entrée, portant la référence 21, dont l'enroulement primaire est connecté en série avec un élément de commutation 22. L'ensemble formé par l'enroulement primaire 21 et l'élément de commutation 22 est connecté en sortie du module redresseur double alternance 1 et reçoit la tension alternative redressée, désignée par Vr. Le transformateur 21 d'entrée comporte bien entendu un enroulement primaire, noté 211, la tension aux bornes de cet enroulement primaire étant notée Vp.

Le transformateur d'entrée 21 comporte également un enroulement secondaire, noté 212, cet enroulement secondaire 212 étant connecté en série avec un élément redresseur 24 formé par exemple par une diode. L'ensemble formé par l'enroulement secondaire 212 et l'élément redresseur 24 est connecté en parallèle sur une capacité électrique 25, désignée également par Cpr, et délivre la tension continue prérégulée, portant la référence Vpr sur la figure 3a précitée.

En outre, ainsi que représenté sur la figure 3a, un module 26 d'isolement galvanique et de mesure de la tension continue prérégulée Vpr est prévu, ce module délivrant un signal représentatif de la tension prérégulée Vpr à un module, portant la référence 27, de commande de l'élément de commutation 22 précédemment mentionné.

Un élément 23 de mesure de l'intensité du courant électrique consommé par l'enroulement primaire 211 du transformateur d'entrée 21 est prévu, cet élément 23 délivrant un signal représentatif de l'intensité circulant dans cet enroulement primaire et pouvant consister par exemple en une résistance de faible valeur, notée S, permettant de délivrer une tension directement proportionnelle à l'intensité de ce courant.

Un élément de mesure du flux magnétique du transformateur d'entrée, cet élément portant la référence 213, est prévu. I1 peut consister par exemple en un deuxième enroulement secondaire du transformateur d'entrée, ce deuxième enroulement secondaire portant la référence 213 constituant en fait un enroulement secondaire auxiliaire délivrant un signal représentatif du flux magnétique du transformateur d'entrée précité.

Le module 27 de commande de l'élément de commutation 22 reçoit ainsi le signal représentatif de la tension alternative redressée, désignée par Vr, le signal représentatif de l'intensité circulant dans l'enroulement primaire du transformateur d'entrée, ce signal n'étant autre que la tension délivrée par l'élément 23, ce signal étant désigné par Vi car directement proportionnel à cette intensité, et bien entendu, le signal représentatif de la tension continue prérégulée Vpr ainsi que le signal représentatif du flux magnétique délivré par l'enroulement auxiliaire 213 précédemment mentionné, ce dernier signal étant noté Vo. Le module de commande 27 délivre alors un signal de commande de commutation à l'élément de commutation 22, ce qui permet de découper par impulsions la tension alternative redressée Vr.

D'une manière générale, on indique que l'élément de commutation peut être constitué par un transistor de type transistor de puissance dont l'électrode de grille reçoit bien entendu la tension de commande de commutation Vg.

Le fonctionnement du module de prérégulation 2 représenté en figure 3a est alors le suivant
- l'élément de commutation 22 formé par le transistor commute la tension redressée aux bornes de l'enroulement primaire du transformateur d'entrée 21. En conséquence, on recueille aux bornes de l'enroulement secondaire 212, grâce à l'élément redresseur 24, une tension continue isolée galvaniquement de la tension redressée. Une commande adaptée du découpage de la tension redressée permet d'obtenir une tension continue aux bornes du condensateur de sortie Cpr portant la référence 25, tout en assurant une consommation sur impédance d'entrée quasi-résistive de l'ensemble.

L'enroulement auxiliaire 213 au secondaire du transformateur d'entrée 21 permet de fournir la tension Vo, laquelle fournit une information sur le flux magnétique du transformateur d'entrée 21.

Le système présente alors deux séquences de fonctionnement correspondant à la conduction et au blocage de l'élément de commutation 22 formé par le transistor.

Pour une tension alternative d'alimentation Va de valeur efficace comprise entre 24 V et 50 V et pour un rapport de transformation n = Vs/Vp rapport des tensions de l'enroulement secondaire et primaire du transformateur d'entrée 21, et pour L et Ls désignant les inductances primaire et secondaire de ce même transformateur d'entrée, les deux séquences de fonctionnement sont résumées ciaprès
- séquence 1 : le transistor conduit
Une telle séquence débute alors qu'aucune énergie magnétique n'est stockée dans le transformateur d'entrée 21. Lorsque l'élément de commutation ou transistor 22 conduit, celui-ci est saturé et la tension primaire est égale à Vr, étant entendu que la chute de tension aux bornes de l'élément résistif 23 est négligeable. La tension aux bornes de l'enroulement secondaire Vs est négative en raison du couplage des enroulements primaire et secondaire du transformateur d'entrée et la diode de redressement 24 est bloquée. La tension Vo représentative du flux magnétique dans les circuits magnétiques du transformateur d'entrée est également négative pendant cette séquence. Le courant circulant dans l'enroulement primaire 211, courant noté Ip, peut être exprimé sous la forme
L dIP = Vr.lsinntl (1)
dt
Dans cette relation, Vr représente l'amplitude crête-à-crête de la tension alternative redressée et fl représente la pulsation de la tension d'alimentation d'entrée de la forme
Va = ValsinRtl.

La tension alternative redressée Vr peut être considérée comme constante pendant la durée de commutation de l'élément de commutation 22 et égale à sa propre valeur en début de conduction. Le courant Ip circulant dans l'enroulement primaire est donné par intégration de la relation 1 précédente et vérifie la relation Vr I sinflt I
Ip = t. (2)
L
Le courant dans l'enroulement primaire Ip est alors comparé, par l'intermédiaire du signal Vi représentatif de ce courant, à une valeur de référence, notée Ir et représentant un courant de référence. Ce courant de référence vérifie la relation Vr|sin#t|
Ir = ~~~~~~~~~~ (3)
p
Dans cette relation, p désigne un coefficient qui dépend de la régulation de la tension de sortie.

La fin de la conduction de l'élément de commutation 22, c'est-à-dire du transistor, se produit pour Ip = Ir à l'instant ton, cet instant correspondant sensiblement à la durée de conduction de l'élément de commutation 22 et ayant pour valeur
ton = L . (4)
p
- Séquence 2 : le transistor se bloque et l'élément redresseur 24 conduit.

Lorsque l'élément de commutation 22 se bloque, la tension Vp aux bornes de l'enroulement primaire 211 devient négative et les tensions aux bornes de l'enroulement secondaire 212, auxiliaire 213, Vo, deviennent alors positives, l'enroulement secondaire et l'enroulement secondaire auxiliaire ayant le même sens de couplage mutuel avec l'enroulement primaire.

L'élément redresseur 24 entre alors en conduction et le courant Is circulant dans l'enroulement secondaire 212 vérifie la relation
Ls dIs = -Vpr. (5)
dt
Pour une origine des temps au début de la séquence 2 précitée et en raison de la continuité des ampères-tours dans le transformateur, on peut écrire la relation
Ir Vr|sinDt|
Is(0) = ~ = ~~~~~~~~~~~ . (6)
n np
La résolution de l'équation différentielle donnée par la relation (5) pour la condition initiale donnée par la relation (6) permet d'écrire alors la solution vérifiant la relation
Vrlsinatl Vpr
Is(t) = ~~~~~~~~~~ - ~~~~~~ t. (7)
np n2.L
Le courant s'annule dans l'enroulement secondaire à l'instant toff. La diode 24 se bloque alors et c'est la fin de la séquence 2. Les tensions aux bornes du transformateur s'annulent et l'annulation de la tension Vo délivrée par l'enroulement secondaire auxiliaire 213 entraîne le passage à la séquence 1.

La durée de la séquence 2 est alors donnée par la relation
nLVr|sinDt| L
toff = ~~~~~~~~~~~~ = a I sinnt 1 (8)
p.Vpr p avec a = nVr/Vpr.

Une représentation des courants circulant dans l'enroulement primaire et dans l'enroulement secondaire, Ip et Is, pendant une période du secteur, est donnée en figure 3b. Afin de faciliter la représentation de ces courants, on a pris arbitrairement une faible fréquence de découpage, c'est-à-dire de commutation par l'élément de commutation 22.

Dans la réalité, celle-ci est supérieure à 30 kHz, ce qui bien entendu justifie d'autant plus le fait que la tension alternative redressée Vr et la tension continue prérégulée
Vpr sont considérées comme constantes pendant la durée de chaque mode.

La période de découpage Th est variable dans le temps et vérifie la relation
Th = ton + toff (9)
Les courants circulant dans l'enroulement primaire et dans l'enroulement secondaire Ip et Is peuvent être décomposés en une composante haute fréquence et une composante basse fréquence, cette dernière étant égale à la moyenne du courant sur une période de découpage. Les valeurs des composantes basse fréquence obtenues vérifient la relation Vrlsinntl
Ipm = ~~~~~~~~~~~~~~~ (10) 2p(l+aîsinfltl)
aVr sin2Dt
Ism = ~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 2#(l+a|sin#t|)
Dans cette relation, Ipm désigne la valeur moyenne du courant primaire et Ism désigne la valeur moyenne du courant secondaire.

Sur la figure 3a, on note la présence de la capacité 20, désignée également par Cr, en entrée de l'ensemble constitué par l'enroulement primaire en série avec l'élément de commutation 22, ou transistor, et l'élément résistif 23 directement relié à la masse de l'ensemble. On note d'ailleurs que l'enroulement auxiliaire 213 délivrant la tension
Vo représentative du flux magnétique dans les circuits magnétiques du transformateur d'entrée 21 est également relié à la masse de l'ensemble. Cette capacité Cr est une capacité tampon, laquelle permet de fournir la composante haute fréquence du courant primaire Ip. Le courant consommé à l'entrée de l'élément redresseur a pour valeur absolue Ipm et vérifie la relation Va.sinDt
Ia = ~~~~~~~~~~~~~~~~~~ (11) 2#(1+a.|sin#|)
Ce courant, lorsque la tension alternative d'alimentation est sinusoïdale et vérifie la relation précédemment mentionnée dans la description, est une sinusoïde légèrement comprimée en raison du facteur de compression donné par la valeur 1+alsinfltl. Ce défaut est toutefois très faible et diminue avec la valeur du paramètre a telle que définie précédemment dans la description. Pour le paramètre a=O, on a représenté en trait mixte sur la figure 3b la limite de la valeur du courant Ia précité.

Une description plus détaillée d'un mode de réalisation spécifique du module prérégulateur 2 sera maintenant donnée en liaison avec la figure 4.

Dans ce mode de réalisation spécifique, ainsi que représenté sur la figure précitée, le module 27 de commande du prérégulateur est constitué essentiellement par un circuit intégré dédié 270 et constitué par un circuit référencé MC 34262 commercialisé en France par la Société
MOTOROLA. Ce circuit intégré est alimenté au niveau de l'entrée 3 au démarrage par la tension alternative redressée
Vr ou, à tout le moins, par une image de cette tension kVr délivrée par le pont résistif R1, R2 et la capacité de découplage C5. Ce même circuit est alimenté en régime établi par la tension Vo délivrée par l'enroulement secondaire 213 à l'entrée 1 de ce circuit intégré par l'intermédiaire d'une diode 271 et d'un pont résistif R7-P1. La tension Vo assure la mesure de la tension prérégulée Vpr avec isolement galvanique et fournit par l'intermédiaire du pont R7-P1 l'information de retour à l'entrée 1 utile à la régulation.

L'erreur entre la sortie et une valeur de référence obtenue à partir de la tension alternative redressée Vr est intégrée par l'intermédiaire de la résistance R3 et de la capacité C4 connectées à la masse Mr de l'ensemble pour fournir le coefficient 1/p. La tension alternative redressée Vr fournit par l'intermédiaire du pont résistif R1-R2-C5 la référence sinusoïdale qui, multipliée par la valeur 1/p avec k 1/p, donne la référence de courant pour couper la conduction du transistor 22. Le basculement de la tension Vo fournie par l'enroulement auxiliaire 213 lorsque le courant circulant dans l'enroulement secondaire Is s'annule, déclenche le mise en conduction du transistor 22 par excitation de l'entrée 5.

Le régulateur linéaire 3 est alors placé ensuite en sortie du secondaire du transformateur d'entrée 21 pour recevoir la tension prérégulée Vpr et fournir la tension de sortie Vreg par rapport à la masse isolée Mreg de la masse d'entrée Mr de la tension redressée.

Les résultats expérimentaux obtenus grâce au mode de réalisation représenté en figure 4 seront commentés en liaison avec les figures 5a à 5c, puis 6a à 6d et 7a à 7c.

La figure 5a représente la tension alternative sinusoïdale 2 à l'entrée de l'élément redresseur 1 et le courant alternatif d'entrée absorbé. Ainsi qu'on peut l'observer, la forme d'onde de la tension alternative d'entrée n'est pas exactement sinusoïdale en raison de la pollution du réseau par l'ensemble des utilisateurs et le cas échéant en raison des saturations des transformateurs situés en amont. Sur la figure 5a précitée, la période est celle de la période de la tension alternative à 50 Hz et les amplitudes de tension respectivement de courant sont de 40 V et de 200 mA.

La figure 5b représente le spectre de fréquences de la tension d'entrée obtenue par une décomposition fréquentielle de type FFT. On observe un harmonique 5 relativement important sur la tension alternative du secteur à 48 V, correspondant à la tension alternative transmise avec le signal HF d'une ligne de transmission de réseau de télédistribution. Le taux de distorsion global reste faible.

Sur la figure 5c, on observe sur le courant absorbé des harmoniques de courant 3, 5 et 9 relativement plus importants que pour la tension mais à un niveau suffisamment faible, ce qui permet de ne pas trop augmenter le taux de distorsion.

Le facteur de puissance Fp calculé vérifie la relation
Fp = 0.98.

Cette valeur doit être comparée à celle obtenue pour un redressement avec capacité en tête, lequel était de 0,53.

La puissance électrique absorbée par l'ensemble lors de la mise en oeuvre de l'alimentation stabilisée, objet de la présente invention, est de 24 W contre 22 W pour l'alimentation capacité en tête telle que représentée en figure 1.

Cette différence est due aux pertes dans le régulateur linéaire. Le courant efficace consommé à l'entrée du pont de redressement double alternance est de 0,5 A, ce courant étant bien inférieur à celui qui est consommé lors de l'utilisation d'une alimentation avec capacité en tête d'environ 1 A dans des conditions comparables. Malgré les 2 W de perte supplémentaire dans le cas de l'alimentation stabilisée, objet de la présente invention, telle que représentée en figure 2 et/ou 3a et 4, ce type d'alimentation permet de produire des chutes de tension en ligne plus faibles que dans le cas des alimentations comprenant une capacité en tête.

La figure 6a représente un chronogramme du courant d'entrée consommé par l'alimentation stabilisée selon l'invention et le courant primaire correspondant Ip.

La figure 6b représente le courant d'entrée absorbé par l'alimentation selon l'invention, courant Ia, et le courant découpé Ip, c'est-à-dire le courant alternative d'alimentation d'entrée Vaeff supérieure à 30 V selon la courbe en trait continu. Cette gamme de valeur de la tension alternative d'alimentation d'entrée va correspond au fonctionnement normal de l'alimentation. Le rendement de cette alimentation stabilisée, objet de la présente invention, a donc pour valeur
n = 18 = 0,75. (12)
24
A titre d'exemple comparatif, on indique que, dans le cas d'une alimentation de l'art antérieur telle que représentée en figure 1, ce type d'alimentation a un rendement de 0,81. La perte effective de rendement de l'alimentation stabilisée selon l'invention vis-à-vis de l'alimentation de type antérieur telle que représentée en figure 1 est faible, mais elle est compensée cependant par un très bon facteur de puissance, puisque celui-ci est égal à 0,98. Cette particularité permet de conférer à l'alimentation stabilisée, objet de la présente invention, une impédance d'entrée quasi-résistive.

Si, au contraire, on fait décroître la valeur efficace de la tension alternative d'alimentation d'entrée va depuis la valeur 50 V efficace, on voit que la gamme de fonctionnement normal descend jusqu'à une alimentation de 23 V efficace pour laquelle la puissance consommée s'écroule brusquement selon la courbe en traits pointillés.

Enfin, en figure 6d, on a représenté un chronogramme de la tension continue redressée d'utilisation délivrée par l'alimentation stabilisée, objet de la présente invention, pour une tension de sortie de 24 V. Cette tension présente, dans le mode de réalisation considéré, un taux d'ondulation sur la tension de sortie inférieur à 1 pour 1000. L'ondulation résiduelle à 10 Hz de la tension de sortie est inférieure à 10 mV crête-crête, soit en valeur relative une ondulation de 0,4 pour 1000 et une valeur efficace de l'ordre de 4 mV.

Les figures 7a à 7c permettent d'illustrer le comportement en régime transitoire de l'alimentation stabilisée, objet de la présente invention. La figure 7a représente un chronogramme expérimental en régime transitoire de la tension d'alimentation alternative d'alimentation et du courant consommé par l'alimentation stabilisée, objet de la présente invention, en régime transitoire. On observe en particulier que pendant 14 périodes du secteur, la consommation est sensiblement nulle, cette durée correspondant au temps nécessaire à l'apparition d'une tension d'alimentation suffisante du circuit intégré de commande précédemment décrit en liaison avec la figure 4. Ensuite, le courant de forme sinusoïdale apparaît lorsque bien entendu la tension d'alimentation alternative est sinusoïdale. Ce régime transitoire est de plus longue durée qu'avec un redressement capacitif en tête car la capacité est située après le convertisseur. En contrepartie, la surintensité est limitée par l'asservissement.

La figure 7b représente des résultats de simulation de la tension de sortie de l'élément prérégulateur 2 et du courant d'alimentation en amont de l'élément redresseur 1 à partir de l'instant où le circuit de commande 27 entre en service. Sur la figure 7b précitée, on peut considérer que le régime permanent est atteint au bout de 0,8 secondes.

Enfin, sur la figure 7c on a représenté le régime transitoire d'une alimentation de type classique à redressement capacité en tête telle que représentée en figure 1. On constate que ce régime transitoire est terminé pratiquement en deux périodes du secteur, au prix toutefois d'un pic d'intensité de courant de 23 A, le régime permanent étant ensuite obtenu.

On a ainsi décrit une alimentation stabilisée à impédance d'entrée quasi-résistive permettant de délivrer une tension continue d'utilisation à 24 V particulièrement performante dans la mesure où, outre les qualités de la tension d'utilisation régulée, l'impédance d'entrée étant pratiquement résistive, la consommation d'une telle alimen tation stabilisée est sinusoïdale lorsque la tension d'alimentation d'entrée est sinusoïdale et, au contraire, trapézoïdale lorsque celle-ci est trapézoïdale.

En raison des qualités de facteur de puissance sensiblement égal à 1, la valeur efficace du courant consommé est minimale en l'absence de consommation réactive avec toutefois une légère perte de rendement global.

L'alimentation stabilisée, objet de la présente invention, lorsqu'on alimente une série d'alimentations de ce type par une ligne, permet ainsi de rendre minimales les chutes de tension le long de la ligne lors d'une telle opération d'alimentations successives. Ce mode de réalisation permet en particulier de satisfaire aux nouvelles normes techniques européennes.

Claims

REVENDICATIONS

1. Alimentation stabilisée à impédance d'entrée quasi-résistive alimentée à partir d'une tension alternative, caractérisée en ce qu'elle comprend

- des moyens redresseurs double alternance délivrant, à partir de ladite tension alternative, une tension alternative redressée

- des moyens de prérégulation délivrant, à partir de ladite tension alternative redressée, une tension continue prérégulée, par commande par impulsions de découpage périodique de la tension alternative redressée à partir de la tension prérégulée

- des moyens de régulation linéaire délivrant, à partir de la tension continue prérégulée, une tension stabilisée d'utilisation.

2. Alimentation stabilisée selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens de prérégulation comportent au moins

- un transformateur d'entrée dont l'enroulement primaire est connecté en série avec un moyen de commutation, l'ensemble formé par ledit enroulement primaire et le moyen de commutation étant connecté en sortie desdits moyens redresseurs double alternance et recevant ladite tension alternative redressée, l'enroulement secondaire dudit transformateur étant connecté en série avec un élément redresseur, l'ensemble formé par ledit enroulement secondaire et par ledit élément redresseur étant connecté en parallèle sur une capacité électrique et délivrant ladite tension continue prérégulée

- des moyens de mesure de ladite tension continue prérégulée délivrant un signal représentatif de la tension prérégulée

- des moyens de mesure de l'intensité du courant électrique consommé par ledit enroulement primaire dudit transformateur d'entrée délivrant un signal représentatif de l'intensité circulant dans cet enroulement primaire

- des moyens de mesure du flux magnétique dudit transformateur d'entrée délivrant un signal représentatif du flux magnétique

- des moyens de commande dudit moyen de commutation, lesdits moyens de commande recevant un signal représentatif de ladite tension alternative redressée, le signal représentatif de l'intensité circulant dans l'enroulement primaire et ledit signal représentatif de la tension continue prérégulée, le signal représentatif du flux magnétique, et délivrant un signal de commande de commutation auxdits moyens de commutation, ce qui permet de découper par impulsions ladite tension alternative redressée.

3. Alimentation selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de commutation sont formés par un transistor de puissance, dont l'électrode de grille connectée auxdits moyens de commande reçoit ledit signal de commande de commutation.

4. Alimentation stabilisée selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que lesdits moyens de mesure du flux magnétique sont formés par un enroulement auxiliaire placé au secondaire dudit transformateur d'entrée.

5. Alimentation stabilisée selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que lesdits moyens de mesure de l'intensité du courant consommé par l'enroulement primaire sont formés par une résistance de faible valeur délivrant une tension proportionnelle à ce courant, cette tension constituant ledit signal représentatif de l'intensité circulant dans cet enroulement primaire.

6. Alimentation stabilisée selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que lesdits moyens de commande sont formés par un circuit intégré dédié, ledit circuit intégré étant alimenté, au démarrage, lors de la première mise sous tension de ladite alimentation stabilisée par ladite tension alternative redressée, et, en régime établi, par ledit signal représentatif du flux magnétique du transformateur d'entrée.

7. Alimentation stabilisée selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit circuit intégré constitue un générateur d'impulsion commandé, le basculement de ladite tension représentative du flux magnétique du transformateur d'entrée, lors de l'annulation de l'intensité du courant délivré par l'enroulement secondaire dudit transformateur d'entrée, permettant d'engendrer une impulsion, constituant ledit signal de commande de commutation, provoquant la mise en conduction des moyens de commutation et le couplage de l'enroulement primaire et secondaire dudit transformateur d'entrée.