FR2746980A1

FR2746980A1 - Static variator providing adjustable output voltage derived from mains supply

Info

Publication number: FR2746980A1
Application number: FR9604387A
Authority: FR
Inventors: Alain Vezinet; Marcel Katz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-04-02
Filing date: 1996-04-02
Publication date: 1997-10-03
Anticipated expiration: 2016-04-02
Also published as: FR2746980B1

Abstract

The static variator comprises a filtering cell (1), a full wave rectification cell (3) and a switching regulator (5) which provides a voltage which is presented as a succession of portions of sine wave at the switching frequency. The maximum amplitude of these portions of sine wave depends on the value of a control voltage. A synchronisation module (4) provides a signal at each zero crossing of the input voltage. An H-shaped bridge (6) receives the regulator signal for switching and is controlled by the synchronisation module (4) in order to reconstitute the sinusoidal input signal to a value which is adjustable between zero and the input voltage.

Description

Pour obtenir une tension alternative ayant une tension différente de celle du réseau, on peut utiliser un transformateur; mais la tension de sortie d'un transformateur n'est pas réglable. On connatt également des variateurs statiques dans lesquels on peut régler à volonté la tension de sortie.To obtain an AC voltage having a voltage different from that of the network, a transformer can be used; but the output voltage of a transformer is not adjustable. There are also static inverters in which the output voltage can be adjusted as desired.

Mais les variateurs statiques jusqu'd présent réalisés fournissent une tension dont la forme sinusoIdale diffère de celle de la tension d'entrée, du fait de la présence d'harmoniques et perturbent le réseau d'alimentation,ces harmoniques y étant réinjectés. However, the static variators hitherto produced provide a voltage whose sinusoidal form differs from that of the input voltage, due to the presence of harmonics and disturb the supply network, these harmonics being fed back there.

La présente invention a pour objet un variateur statique d'une tension alternative, qui remédie à ce défaut.The present invention relates to a static variator of an alternating voltage, which remedies this defect.

Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend une cellule de filtrage, une cellule de redressement à double alternance, un régulateur à découpage qui fournit une tension se présentant comme une succession de portions de sinusoïde à la fréquence de découpage l'amplitude maximale de ces portions de sinusolde dépendant de la valeur d'une tension de commande, un module de synchronisation qui fournit un signal à chaque passage à zéro de la tension d'entrée, et un pont en H qui reçoit le signal du régulateur à découpage et est piloté par le module de synchronisation en reconstituant le signal sinusoldal d'entrée.This device is characterized in that it comprises a filtering cell, a full-wave rectification cell, a switching regulator which supplies a voltage which is presented as a succession of sinusoid portions at the switching frequency the maximum amplitude of these sinusoidal portions depending on the value of a control voltage, a synchronization module which supplies a signal at each zero crossing of the input voltage, and an H-bridge which receives the signal from the switching regulator and is controlled by the synchronization module by reconstituting the input sinusoldal signal.

Le dispositif selon l'invention fournit une tension de sortie dont le facteur de forme est strictement identique à celui de la tension d'entrée et qui ne génère aucune réinjection sur la tension d'entrée.The device according to the invention provides an output voltage whose form factor is strictly identical to that of the input voltage and which does not generate any feedback on the input voltage.

Le régulateur à découpage comporte de préférence un transistor dont on peut faire varier le taux d'ouverture, l'amplitude des portions de sinusoïde de la tension de sortie du régulateur étant fonction de ce taux d'ouverture.The switching regulator preferably comprises a transistor, the opening rate of which can be varied, the amplitude of the sinusoid portions of the output voltage of the regulator being a function of this opening rate.

On a décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du variateur selon l'invention avec référence aux dessins annexés dans lesquels
La Figure 1 est un schéma de l'ensemble
du dispositif;
La Figure 2 est un schéma du module de
synchronisation;
Les Figures 3a à 3d montrent la forme de
la tension en différents endroits du
dispositif.An embodiment of the variator according to the invention has been described below, by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings in which
Figure 1 is a diagram of the assembly
of the device;
Figure 2 is a diagram of the module
synchronization;
Figures 3a to 3d show the shape of
the tension in different places of the
device.

Tel qu'il est représenté à la Figure 1, le dispositif selon l'invention comprend une cellule de filtrage 1 qui est connectée en 2 au réseau et reçoit ainsi un courant par exemple à 220v, à 50Hz.As shown in Figure 1, the device according to the invention comprises a filter cell 1 which is connected in 2 to the network and thus receives a current for example at 220v, at 50Hz.

La cellule 1 alimente un pont de redressement à double alternance 3 ainsi qu'un circuit de synchronisation 4 piloté par le passage à zéro de la sinusoïde du secteur.The cell 1 supplies a full-wave rectifier bridge 3 as well as a synchronization circuit 4 controlled by the zero crossing of the sector sinusoid.

Le pont 3 alimente un régulateur à découpage 5 qui alimente à son tour un pont en H 6 piloté par le circuit de synchronisation 4. Ce régulateur fournit en 7 une tension sinusordale de valeur réglable.Bridge 3 supplies a switching regulator 5 which in turn supplies an H 6 bridge controlled by the synchronization circuit 4. This regulator supplies at 7 a sinus-rated voltage of adjustable value.

La cellule de filtrage 1 permet de supprimer les réjections du régulateur de découpage 5 et de réduire aux valeurs normalisées le taux de réjection de l'ensemble du dispositif sur le secteur. Elle comprend de la manière usuelle des condensateurs tels que 8 et des selfs telles que 9.The filtering cell 1 makes it possible to suppress the rejection of the switching regulator 5 and to reduce to normalized values the rejection rate of the entire device on the sector. It usually comprises capacitors such as 8 and inductors such as 9.

Le redresseur 3 est formé de la manière usuelle par des diodes montées en pont.The rectifier 3 is formed in the usual manner by diodes mounted in a bridge.

Le circuit de synchronisation 4 comprend deux amplificateurs opérationnels 10a et 10b dont l'une des entrées, positive pour l'un et négative pour l'autre, est connectée à la sortie de la cellule de filtrage 1, l'autre entrée étant à la masse; leur sortie est connectée à un phototransistor lla et llb qui fournit en 12a et 12b un signal lors du passage à zéro de la sinusoïde du secteur (Figure 2) suivant que le front est montant ou descendant. The synchronization circuit 4 comprises two operational amplifiers 10a and 10b, one of the inputs, positive for one and negative for the other, is connected to the output of the filter cell 1, the other input being at the mass; their output is connected to a phototransistor 11a and 11b which supplies at 12a and 12b a signal when the sector sinusoid crosses zero (Figure 2) depending on whether the front is rising or falling.

Le régulateur à découpage 5 est constitué par un transistor CMOS 13 dont la fréquence de travail est supérieure à 20Kz et qui est monté en série avec une self 14 et une diode 15. La grille du transistor 13 est connectée en 16 à une source de courant continu de polarisation permettant la commande d'ouverture du transistor 13. Le régulateur peut recevoir en 17 un signal de commande éventuel de programmation.The switching regulator 5 is constituted by a CMOS transistor 13 whose working frequency is greater than 20Kz and which is connected in series with an inductor 14 and a diode 15. The gate of the transistor 13 is connected at 16 to a current source continuous polarization allowing the opening control of the transistor 13. The regulator can receive at 17 a possible programming control signal.

Le pont en H6 comprend deux paires de transistors VMOS 18, les signaux de synchronisation étant fournis au centre du circuit en 19 alors que la tension de sortie est recueillie en 20.The bridge at H6 comprises two pairs of VMOS transistors 18, the synchronization signals being supplied to the center of the circuit at 19 while the output voltage is collected at 20.

Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne de la manière suivante.The device which has just been described operates in the following manner.

Le courant sinsoidal du réseau, filtré et redressé, alimente le régulateur à découpage 5; il a la forme représentée à la Figure 3a. Le transistor 13 du régulateur fonctionne comme un interrupteur; la fréquence de travail du transistor 13 étant supérieure à la fréquence du réseau, le transistor découpe la sinusoide ou en créneaux dont la largeur (située dans le temps) est définie par la fréquence de travail du transistor 13. Le régulateur délivre ainsi un signal carré (Figure 3b) à la self 14 qui restitue à la sortie du montage, à travers la diode 15, une tension Vs égale à KVe, Ve étant la tension d'entrée et K un coefficient qui représente le taux d'aouverture du transistor 13 et qu'on peut faire varier de O à 1 en modifiant la tension de la source de courant continu connectée en 16. Cette tension est représentée par des tranches de sinusoïde à la fréquence du réseau (Figure 3c). Le signal admis en 17 permet d'assurer, si besoin est, des fonctions de programmation, la stabilisation et la protection en puissance ou en courant sont assurées par le régulateur à découpage 5.The sinsoidal current of the network, filtered and rectified, feeds the switching regulator 5; it has the form shown in Figure 3a. The transistor 13 of the regulator functions as a switch; the working frequency of the transistor 13 being higher than the network frequency, the transistor cuts the sinusoid or in slots whose width (located in time) is defined by the working frequency of the transistor 13. The regulator thus delivers a square signal (Figure 3b) at the choke 14 which restores at the output of the assembly, through the diode 15, a voltage Vs equal to KVe, Ve being the input voltage and K a coefficient which represents the opening rate of the transistor 13 and that one can vary from O to 1 by modifying the voltage of the DC current source connected at 16. This voltage is represented by slices of sinusoid at the frequency of the network (Figure 3c). The signal admitted in 17 makes it possible to ensure, if necessary, programming functions, stabilization and protection in power or in current are provided by the switching regulator 5.

Les couples de transistors 18 du circuit en H 6 sont alternativement commandés, à la fréquence du réseau, par le circuit de synchronisation 4. A chaque passage à zéro de la sinusoïde du courant du secteur, le pont change d'état de sorte que le signe du courant de sortie du régulateur à découpage s'inverse alternativement et que la sinusoïde d'entrée est reconstituée (Figure 3d).The pairs of transistors 18 of the H 6 circuit are alternately controlled, at the network frequency, by the synchronization circuit 4. Each time the sector current sinusoid crosses zero, the bridge changes state so that the sign of the switching regulator output current reverses alternately and the input sinusoid is reconstituted (Figure 3d).

On obtient en définitive, à la sortie du dispositif, un courant dont la sinusoïde est l'image de la sinusoïde d'entrée, qui a la même forme et dont la tension peut être réglée de 0 à Ve en agissant sur la tension à laquelle est portée la grille du transistor 13. La valeur de cette tension de sortie peut être programmée par le signal arrivant en 17.In the end, a current is obtained at the output of the device, the sinusoid of which is the image of the input sinusoid, which has the same shape and the voltage of which can be adjusted from 0 to Ve by acting on the voltage at which the gate of transistor 13 is carried. The value of this output voltage can be programmed by the signal arriving at 17.

La tension de sortie ne subit aucune perturbation harmonique par rapport à la tension d'entrée et le dispositif ne génère aucune réjection de la tension d'entrée.The output voltage does not undergo any harmonic disturbance with respect to the input voltage and the device does not generate any rejection of the input voltage.

Le dispositif peut être associé avec un transformateur de sortie de sorte qu'il est possible d'obtenir une tension alternative de sortie variable entre zéro et la tension de sortie nominale du transformateur.The device can be associated with an output transformer so that it is possible to obtain a variable output alternating voltage between zero and the nominal output voltage of the transformer.

I1 va de soi que la présente invention ne doit pas être considérée comme limitée au mode de réalisation décrit et représenté mais en couvre au contraire toute les variantes. It goes without saying that the present invention should not be considered as limited to the embodiment described and shown, but on the contrary covers all the variants thereof.

Claims

1. Static variator of an alternating voltage, characterized in that it comprises a filtering cell (1), a full-wave rectification cell (3), a switching regulator (5) which supplies a voltage presenting itself as a succession of sinusoid portions at the switching frequency, the maximum amplitude of these sinusoid portions depending on the value of a control voltage, a synchronization module (4) which supplies a signal at each zero crossing of the input voltage, and an H-bridge (6) which receives the signal from the switching regulator (5) and is controlled by the synchronization module (4) by reconstituting the sinusoidal input signal at an adjustable value between zero and the input voltage.

2. Static variator according to claim 1, characterized in that the switching regulator comprises a transistor (13) which can be varied the opening rate, the amplitude, portions of sinusoid of the output voltage of the regulator based on this opening rate.

3. Static drive according to claim 2, characterized in that the working frequency of the transistor (13) is greater than 20 Kz.