FR2754653A1 - Alimentation a haute tension et de forte puissance et procede pour charger au moins un condensateur sous une haute tension - Google Patents
Alimentation a haute tension et de forte puissance et procede pour charger au moins un condensateur sous une haute tension Download PDFInfo
- Publication number
- FR2754653A1 FR2754653A1 FR9612500A FR9612500A FR2754653A1 FR 2754653 A1 FR2754653 A1 FR 2754653A1 FR 9612500 A FR9612500 A FR 9612500A FR 9612500 A FR9612500 A FR 9612500A FR 2754653 A1 FR2754653 A1 FR 2754653A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- voltage
- transformer
- power supply
- resonant circuit
- primary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
- H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
- H02M7/10—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode arranged for operation in series, e.g. for multiplication of voltage
- H02M7/103—Containing passive elements (capacitively coupled) which are ordered in cascade on one source
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/01—Resonant DC/DC converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33573—Full-bridge at primary side of an isolation transformer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
L'invention est relative à une alimentation à haute tension apte à charger un ou plusieurs condensateurs sous une haute tension. Elle comprend un circuit redresseur (10) à relier à une source de courant alternatif, un circuit élévateur de tension (13) comportant un transformateur élévateur de tension, un circuit résonnant LC série formé avec le primaire (17) dudit transformateur et un ensemble d'interrupteurs électroniques commandés (18a, 18b, 19a, 19b) pour exciter avec une tension alternative de fréquence supérieure à celle de ladite source ledit circuit résonnant, le transformateur élévateur étant choisi de manière à ce que la tension (Vp ) aux bornes de son primaire (17) reste faible relativement à la tension aux bornes du circuit résonnant quelle que soit la tension de sortie de l'alimentation.
Description
La présente invention concerne le domaine des alimentations à haute tension et de forte puissance, et notamment celles destinées à charger un ou plusieurs condensateurs sous une haute tension.
Plus précisément, l'invention concerne les alimentations capables de délivrer, à partir d'une basse ou moyenne tension (par exemple celle du réseau de courant alternatif monophasé ou triphasé) une tension redressee d'au moins une centaine de volts sous une puissance d'au moins une centaine de watts.
De telles caractéristiques de tension de sortie et de puissance sont nécessaires notamment pour charger rapidement les condensateurs utilisés dans certains lasers par exemple.
On connaît des alimentations à haute tension et de forte puissance utilisant un circuit élévateur de tension à découpage et du type à résonnance, alimenté en entrée par une tension continue filtrée pour délivrer en sortie, au moyen d'un transformateur élévateur de tension et d'interrupteurs électroniques commandés, une haute tension alternative qui est redressée pour obtenir la haute tension souhaitée.
Dans ces alimentations connues, la tension continue redressée et filtrée qui sert à alimenter le circuit élévateur est obtenue au moyen d'un pont de diodes et de condensateurs électrochimiques de filtrage, de forte capacité (typiquement plusieurs milliers de microfarads). Ces condensateurs électrochimiques se comportent, lorsqu'ils sont à l'état non charge, comme un court-circuit et il est nécessaire de prévoir un circuit capable de limiter le courant lors de la mise sous tension.
Par ailleurs, les alimentations à haute tension et de forte puissance connues comportent parfois, en amont du circuit élévateur, un circuit de correction du facteur de forme (PFC), destiné à éviter la pollution électromagnétique, par les harmoniques du courant d'entrée, du réseau sur lequel est branchee l'alimentation.
On a représenté de façon schématique sur la figure 1 une alimentation 1 à haute tension et de forte puissance selon l'art anterieur.
Cette alimentation 1 comporte en entrée un filtre passe-bas 2 suivi d'un pont de diodes 3, d'un circuit 4 de limitation du courant d'appel, d'un circuit S de correction du facteur de forme, de condensateurs électrochimiques de filtrage 6 et d'un circuit élévateur 7 à découpage et du type à resonnance qui delivre, grâce à un transformateur élévateur de tension, la haute tension souhaitée.
Une telle alimentation 1 présente de nombreux inconvénients.
En particulier, l'utilisation de condensateurs électrochimiques 6 de forte capacité pour filtrer la tension redressée, en aval du pont de diodes 3 et en amont du circuit élévateur 7, rend l'alimentation 1 de prix, de poids et d'encombrement importants. En outre, la durée de vie moyenne des condensateurs électrochimiques 6 est nettement inférieure à celle des autres composants électroniques utilisés dans l'alimentation 1, de sorte qu'ils constituent un facteur limitant la durée de vie de celle-ci.
Par ailleurs, les normes en matière de pollution électromagnétique du réseau tendent à devenir plus sévères, rendant d'autant plus complexes et coûteux les circuits de correction du facteur de forme.
La présente invention a notamment pour objet de remédier aux inconvénients précités.
Elle y parvient en proposant une alimentation à haute tension apte à charger un ou plusieurs condensateurs sous une haute tension, caractérisée par le fait qu'elle comprend un circuit redresseur à relier à une source de courant alternatif, un circuit élévateur de tension comportant un transformateur élévateur de tension, un circuit résonnant LC série formé avec le primaire dudit transformateur et un ensemble d'interrupteurs électroniques commandés pour exciter avec une tension alternative de fréquence supérieure à celle du réseau ledit circuit résonnant, le transformateur élévateur de tension étant choisi de manière à ce que la tension aux bornes de son primaire reste faible relativement à la tension aux bornes du circuit résonnant quelle que soit la tension de sortie de l'alimentation.
De préférence, la tension maximale aux bornes du primaire du transformateur élévateur de tension reste inférieure ou egale à 25 % de la tension crête de la source de courant alternatif.
Ainsi, dans le cas où l'on utilise comme source de courant alternatif un réseau 380 volts triphasé dont la tension crête vaut 560 volts, on choisit de préférence le nombre de spires du primaire du transformateur de manière à ce que la tension à ses bornes reste inférieure ou égale à 140 volts.
L'invention permet d'obtenir un coût réduit par rapport aux alimentations de l'art antérieur un facteur de puissance (cos phi selon la notation consacrée) supérieur ou égal à 0,8, de préférence 0,85, sans utiliser de circuit de correction du facteur de forme ni de condensateurs électrochimiques de forte capacité.
Dans une réalisation particulière de l'invention, ledit ensemble d'interrupteurs électroniques commandés constitue avec ledit circuit resonnant LC un pont en H dont le circuit résonnant LC série constitue avec le primaire dudit transformateur la branche médiane, chaque branche latérale du pont en H comportant deux interrupteurs électroniques, 1 'ensemble des interrupteurs électroniques étant commandés de manière cyclique pour soumettre le circuit LC à une tension alternative en créneaux.
Le changement d'état des interrupteurs électroniques d'une branche latérale du pont en H s'effectue avec un certain retard après le changement d'état des interrupteurs électroniques de l'autre branche latérale, et l'alimentation comporte avantageusement des moyens permettant de contrôler la valeur dudit retard en fonction de la tension de sortie de l'alimentation. On peut ainsi procéder à la charge de condensateurs selon plusieurs régimes de charge, en modifiant le déphasage entre les signaux de commande des interrupteurs électroniques des deux branches latérales du pont en H lorsque la tension de sortie de l'alimentation dépasse une valeur de consigne. Dans ce cas, l'alimentation comporte avantageusement des moyens pour mesurer la tension de sortie de l'alimentation par rapport à un potentiel de référence et des moyens pour comparer la tension ainsi mesurée à une valeur de consigne et en déduire une modification éventuelle du déphasage.
De préférence les interrupteurs électroniques sont commutés à une fréquence légèrement supérieure à la fréquence de résonnance propre du circuit résonnant série LC. Ainsi, dans un exemple particulier de réalisation de l'invention, la fréquence propre de résonnance du circuit résonnant LC vaut 35 kHz et le circuit résonnant est excité à une fréquence de 50 kHz environ. La fréquence propre de résonnance et la fréquence d'excitation étant nettement supérieures à 20 kHz, on évite l'apparition de vibrations audibles dans le transformateur élévateur.
De préférence, l'alimentation comporte en entrée une inductance de lissage pour corriger l'allure du courant absorbé lorsque ce dernier passe par zéro. Compte-tenu du fait que cette inductance de lissage intervient pour corriger l'allure du courant alors que la valeur de ce dernier est nettement inférieure au courant crête, on peut utiliser un enroulement de dimensions relativement faibles.
Dans le cas où l'on utilise comme source de courant alternatif un réseau polyphasé à n phases, on associe avantageusement n circuits élévateurs tels que précités de manière à ce que les courants en sortie des transformateurs élévateurs puissent s'ajouter pour charger un ou plusieurs condensateurs communs.
L'inductance du circuit résonnant LC peut avantageusement être constituée par l'inductance propre du primaire et l'inductance de fuite du transformateur élévateur de tension, ce qui permet de réduire encore le coût et le poids de l'alimentation.
Dans un exemple de réalisation de l'invention, le transformateur comporte une carcasse magnétique formée par l'assemblage bout à bout de deux noyaux magnétiques en E, autour des branches latérales desquels sont respectivement enroulés les enroulements primaire et secondaire, l'espace entre les deux branches médianes définissant un entrefer dont dépend la valeur de l'inductance de fuite du transformateur.
En choisissant l'écartement entre les deux branches médianes du transformateur, on peut ainsi ajuster l'inductance de fuite à la valeur souhaitée.
L'invention a encore pour objet un procédé pour charger un ou plusieurs condensateurs sous une haute tension, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes consistant à
- redresser un courant alternatif,
- découper la tension ainsi redressée pour générer une tension alternative à une fréquence nettement supérieure à la fréquence de ladite source de courant alternatif,
- soumettre un circuit résonnant série LC formé avec le primaire d'un transformateur élévateur de tension à la tension alternative ainsi obtenue, le transformateur élevateur de tension étant choisi de manière à ce que la tension à son primaire reste relativement faible par rapport à la tension aux bornes du circuit résonnant LC, quelle que soit la tension de sortie de l'alimentation.
- redresser un courant alternatif,
- découper la tension ainsi redressée pour générer une tension alternative à une fréquence nettement supérieure à la fréquence de ladite source de courant alternatif,
- soumettre un circuit résonnant série LC formé avec le primaire d'un transformateur élévateur de tension à la tension alternative ainsi obtenue, le transformateur élevateur de tension étant choisi de manière à ce que la tension à son primaire reste relativement faible par rapport à la tension aux bornes du circuit résonnant LC, quelle que soit la tension de sortie de l'alimentation.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de réalisation non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé sur lequel
- la figure 1, précédemment décrite, illustre l'état de la technique,
- la figure 2 est une vue schématique d'une alimentation conforme à un exemple particulier de réalisation de l'invention,
- la figure 3 illustre le pont en H formé par les interrupteurs électroniques commandés et le circuit résonnant série LC formé avec le primaire du transformateur élévateur,
- la figure 4 est un chronogramme illustrant le déphasage entre les signaux de commande des interrupteurs électroniques commandés de chaque branche latérale du pont en H représenté sur la figure 3,
- les figures 5a à 5d illustrent différentes phases de fonctionnement du pont en H représenté sur la figure 3,
- la figure 6 représente en fonction du temps le courant dans le primaire du transformateur élévateur de tension,
- la figure 7 représente en fonction du temps la tension aux bornes du primaire du transformateur élévateur de tension,
- la figure 8 représente en fonction du temps la tension aux bornes du ou des condensateurs à charger,
- la figure 9 représente en fonction du temps le courant en entrée de l'alimentation, en fin de charge du ou des condensateurs à charger,
- la figure 10 est une vue schématique illustrant la manière de mesurer la haute tension délivrée par le circuit élévateur,
- la figure ll est une vue schématique illustrant le branchement de trois alimentations sur un réseau triphasé,
- la figure 12 illustre la partie haute tension de l'association de trois alimentations représentée sur la figure 11, et
- la figure 13 représente de façon schématique un transformateur elévateur utilisé dans une variante de réalisation de 1 'invention.
- la figure 1, précédemment décrite, illustre l'état de la technique,
- la figure 2 est une vue schématique d'une alimentation conforme à un exemple particulier de réalisation de l'invention,
- la figure 3 illustre le pont en H formé par les interrupteurs électroniques commandés et le circuit résonnant série LC formé avec le primaire du transformateur élévateur,
- la figure 4 est un chronogramme illustrant le déphasage entre les signaux de commande des interrupteurs électroniques commandés de chaque branche latérale du pont en H représenté sur la figure 3,
- les figures 5a à 5d illustrent différentes phases de fonctionnement du pont en H représenté sur la figure 3,
- la figure 6 représente en fonction du temps le courant dans le primaire du transformateur élévateur de tension,
- la figure 7 représente en fonction du temps la tension aux bornes du primaire du transformateur élévateur de tension,
- la figure 8 représente en fonction du temps la tension aux bornes du ou des condensateurs à charger,
- la figure 9 représente en fonction du temps le courant en entrée de l'alimentation, en fin de charge du ou des condensateurs à charger,
- la figure 10 est une vue schématique illustrant la manière de mesurer la haute tension délivrée par le circuit élévateur,
- la figure ll est une vue schématique illustrant le branchement de trois alimentations sur un réseau triphasé,
- la figure 12 illustre la partie haute tension de l'association de trois alimentations représentée sur la figure 11, et
- la figure 13 représente de façon schématique un transformateur elévateur utilisé dans une variante de réalisation de 1 'invention.
On a représenté de façon schématique sur la figure 2 une alimentation 8 conforme à l'invention.
Cette alimentation 8 se branche en 9 sur un réseau alternatif domestique ou industriel de tension nominale 220 volts et de frequence nominale 50 Hz.
Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l'invention en adaptant l'alimentation 8 à son branchement sur un réseau 110 volts 60 Hz, sur un réseau triphasé 380 volts ou encore sur tout autre réseau basse ou moyenne tension monophasé ou polyphasé, sinusoïdal ou autre.
Le courant alternatif reçu en 9 est redressé en 10 de façon classique au moyen d'un pont de diodes.
La tension redressée est ensuite filtrée en 11 pour éliminer les signaux haute fréquence.
Dans l'exemple de réalisation décrit, le filtrage haute fréquence est effectué après redressement. Ce filtrage haute fréquence est avantageusement effectué au moyen de plusieurs condensateurs du type à film plastique et de faible capacité (par exemple au plus quelques dizaines de microfarads).
Ainsi, contrairement à ce qui est rencontré dans la technique antérieure, il n'est pas nécessaire dans l'invention de filtrer les ondulations basse fréquence de la tension redressée par le pont de diodes 10.
La tension redressée obtenue en 12 après filtrage haute fréquence présente donc en fonction du temps des ondulations de forte amplitude.
A titre indicatif, si la tension efficace en entrée vaut 220 V, l'amplitude des ondulations en 12 dépasse la centaine de volts.
L'alimentation 8 comporte un circuit élévateur de tension 13 comprenant un transformateur élévateur de tension qui délivre en 14, après redressement, une haute tension continue servant dans l'exemple particulier décrit à charger un ou plusieurs condensateurs non représentés.
La tension redressée délivrée en sortie par le circuit élévateur 13 est mesurée par des moyens de mesure 15 reliés à des moyens de contrôle 16 qui commandent le régime de fonctionnement du circuit élévateur 13 en fonction de la tension de sortie de l'alimentation. Les moyens de mesure 15 et les moyens de contrôle 16 forment avec le circuit élévateur 13 une boucle d'asservissement à une valeur de consigne de la tension de charge du ou des condensateurs à charger.
On a représenté sur la figure 3 la partie du circuit élévateur de tension 13 située du côté du primaire 17 du transformateur élévateur de tension.
Le circuit élévateur de tension 13 comporte dans l'exemple décrit un circuit résonnant série LC branché en série avec le primaire 17 du transformateur élévateur de tension et ces derniers constituent la branche médiane d'un pont en H dont les branches latérales comportent chacune deux interrupteurs électroniques commandés, agencés en série entre les pôles de sortie du pont de diodes 10, référencés respectivement 18a, 18b pour la première branche latérale et 19a, 19b pour la deuxième.
L'inductance propre du primaire 17 du transformateur élévateur et l'inductance de fuite sont avantageusement prises en compte dans le calcul de la valeur de l'inductance L du circuit résonnant LC série. I1 est possible, voire même avantageux, que l'inductance L soit constituée en intégralité par l'inductance propre du primaire et l'inductance de fuite du transformateur car on évite alors d'utiliser une ou plusieurs selfs.
A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 13, de façon schématique, un transformateur 60 comportant une carcasse magnétique formée par l'assemblage de deux demi-carcasses en forme de E. Les jambes latérales mises bout à bout des carcasses définissent deux noyaux magnétiques d'axes parallèles sur lesquels sont respectivement bobinés les enroulements du primaire 64 et du secondaire 65.
Le transformateur 60 présente un entrefer central 62 formé entre deux branches médianes 63.
On peut, en agissant sur la largeur de l'entrefer 62, modifier la valeur de l'inductance de fuite du transformateur 60 et ajuster ainsi à la valeur souhaitée l'inductance L du circuit LC série, sans qu'une self annexe soit utilisée.
Dans l'exemple de réalisation decrit, les interrupteurs électroniques sont constitués par des transistors MOSFET dont la grille est reliée à une borne d'un enroulement d'un transformateur de commande, comme représenté sur la figure 3.
On a respectivement référencé 20a, 20b et 21a,21k les enroulements des transformateurs de commande des interrupteurs électroniques 18a,186,19a et 19~. Des diodes de roue libre 22 sont montées en parallèle avec chacun des interrupteurs électroniques 18a,18b,19a,19b pour éviter l'apparition de surtensions à l'ouverture de ces derniers et permettre en outre une commutation douce, c'est-à-dire une commutation alors que la tension aux bornes de l'interrupteur est faible.
On utilise pour la commande des deux interrupteurs électroniques d'une branche latérale du pont en H, à savoir les enroulements 20a, 20b pour la première branche et 21a, 21b pour la deuxième, deux enroulements constituant le secondaire d'un même transformateur de commande.
Ces enroulements sont reliés aux grilles des transistors MOSFET en opposition, de sorte qu'une impulsion de commande dans le primaire de chaque transformateur de commande provoquant l'ouverture de l'un des interrupteurs s'accompagne de la fermeture de l'autre interrupteur de la même branche latérale du pont en H. On peut aussi en variante utiliser des circuits intégrés spécialisés.
On a représenté sur la figure 4 l'allure, en fonction du temps, des tensions VGl et VG2 aux bornes de deux enroulements de commande 20a et 21a.
Ces tensions VG1 et V sont modulées en créneaux de
Gl G2 fréquence constante et de même rapport cyclique et la tension VG2 est déphasée par rapport à la tension VG1.
Gl G2 fréquence constante et de même rapport cyclique et la tension VG2 est déphasée par rapport à la tension VG1.
On a représenté sur les figures 5a à 5d différents états pris par les interrupteurs électroniques 18a,18b,19a et 19b en fonction du temps.
Après un certain laps de temps fonction du déphasage entre les tensions VG1 et VG2, les interrupteurs 19a et 19b prennent, comme représenté sur la figure 5k, un état inverse de celui correspondant à la figure 5a.
Ainsi, l'interrupteur 19a, initialement ouvert, devient passant et l'interrupteur 19b, initialement passant, s'ouvre.
Les diodes de roue libre 22 évitent l'apparition de surtensions destructives et assurent une commutation douce au changement d'état des interrupteurs électroniques.
L'énergie stockée dans le circuit résonnant peut circuler par la boucle comprenant les deux portions supérieures des branches latérales du pont en H.
Après un certain laps de temps, dépendant de la largeur des créneaux de tension VG1 et VG2, les interrupteurs électroniques 18a et 18b changent d'état, comme représenté sur la figure 5c.
Ainsi, l'interrupteur électronique 18a, initialement fermé, s'ouvre et l'interrupteur électronique 18k, initialement ouvert, devient passant.
La branche médiane du pont en H se trouve alors soumise à une polarité inverse de celle à laquelle elle est soumise dans la configuration correspondant à la figure 5a.
Après un certain laps de temps dépendant du déphasage entre les tensions VG1 et VG2r les interrupteurs électroniques 19b prennent un état inverse de celui de la figure 5c.
Ainsi, comme représenté sur la figure 5d, l'interrupteur 19a, initialement fermé, s'ouvre et l'interrupteur 19b, initialement ouvert, devient passant.
L'énergie stockée dans le circuit résonnant LC peut circuler par la boucle comprenant les portions inférieures des branches latérales du pont en H.
La commutation des différents interrupteurs électroniques permet de soumettre le circuit résonnant LC à une tension alternative modulée en créneaux. Celui-ci présente, dans l'exemple de réalisation décrit, une fréquence propre de résonnance de l'ordre de 35 kHz.
Les interrupteurs électroniques 18a, 18b, 19a et 19b sont commandés de manière à ce que le circuit résonnant LC soit soumis à une tension alternative en créneaux de fréquence légèrement supérieure a 35 kHz, choisie égale à 50 kHz dans l'exemple de réalisation décrit et pour laquelle l'impédance du circuit LC est alors voisine de deux ohms. A cette fréquence, le circuit résonnant LC est qualifié "d'inductif".
Le circuit résonnant LC se comporte comme un filtre sélectif qui atténue les harmoniques de la tension d'excitation, de sorte que le courant parcourant le circuit résonnant est quasiment sinusoïdal et de même fréquence que le fondamental de la tension d'excitation.
L'amplitude de la tension d'excitation à laquelle est soumise la branche médiane du pont en H varie selon une enveloppe se présentant sous forme d'une succession d'arches de sinusoïde, du fait que la tension redressée par le pont de diodes 10 n'est pas filtrée par des condensateurs électrochimiques de forte capacité. Le courant parcourant la branche médiane du pont en H se trouve modulé également selon une même succession d'arches de sinusoïde.
On a représenté sur la figure 6 le courant parcourant le primaire 17 du transformateur élévateur de tension en fonction du temps.
L'intensité varie en amplitude dans les limites d'une enveloppe de période Tr, fonction de la fréquence du réseau, égale à lOms dans l'exemple décrit.
Pendant une période d'oscillations Tr, l'intensité varie à la fréquence de la tension d'excitation du circuit résonnant, avec une durée T entre deux passages par zéro. Dans l'exemple décrit, cette durée
e
Te vaut 10vs.
e
Te vaut 10vs.
e
Le transformateur élévateur de tension comporte de préférence plusieurs enroulements au secondaire qui sont reliés chacun à un circuit redresseur, les circuits redresseurs étant montés en série et reliés à-un ou plusieurs condensateurs à charger.
Le transformateur élévateur de tension comporte de préférence plusieurs enroulements au secondaire qui sont reliés chacun à un circuit redresseur, les circuits redresseurs étant montés en série et reliés à-un ou plusieurs condensateurs à charger.
Le secondaire du transformateur élévateur de tension ne débite du courant que lorsque la tension mesurée à vide aux bornes des ponts de diodes reliés en série est supérieure à la tension présente aux bornes du ou des condensateurs à charger à l'instant considéré, compte-tenu de la caractéristique courant/tension d'un redresseur à diodes.
Ainsi, le secondaire du transformateur élévateur ne débite du courant que lorsque la tension aux bornes du primaire dépasse une certaine valeur, qui est fonction de l'état de charge de la tension du ou des condensateurs à charger et du rapport du nombre de spires des enroulements du primaire et du secondaire. Au fur et à mesure qu'augmente la tension aux bornes du ou des condensateurs à charger, la valeur de la tension d'excitation qu'il est nécessaire d'appliquer aux bornes de la branche médiane du pont en H pour que le secondaire du transformateur élévateur de tension débite du courant devient donc plus élevée.
On a représenté sur la figure 7 l'évolution, en fonction du temps, de la tension V aux bornes du primaire 17 du transformateur p élévateur de tension et sur la figure 8 l'évolution en fonction du temps de la tension Vs aux bornes du ou des condensateurs à charger. A titre
s indicatif, dans l'exemple décrit, la tension Vs met une minute à
s atteindre une tension de fin de charge égale à 28000 V.
s indicatif, dans l'exemple décrit, la tension Vs met une minute à
s atteindre une tension de fin de charge égale à 28000 V.
Le courant parcourant la branche médiane du pont en H est nul ou quasiment nul pendant une durée T c correspondant au temps pendant lequel la tension délivrée par le pont de diodes 10 n'est pas suffisamment élevée pour que la tension aux bornes du primaire du transformateur élévateur donne naissance à un courant de charge du ou des condensateurs haute tension dans le secondaire du transformateur.
Comme on pourra le remarquer à l'examen de la figure 6, la durée T0 augmente progressivement à mesure que la tension V croît.
s
Conformément à l'invention, le transformateur élévateur de tension est choisi de manière à ce que dans le cas extrême où le ou les condensateurs haute tension à charger sont pratiquement chargés, la durée
T reste suffisamment faible par rapport à la durée T pour que le
c r courant en entrée du pont de diodes 10 présente une allure sensiblement sinusoïdale comme représenté sur la figure 9.
Conformément à l'invention, le transformateur élévateur de tension est choisi de manière à ce que dans le cas extrême où le ou les condensateurs haute tension à charger sont pratiquement chargés, la durée
T reste suffisamment faible par rapport à la durée T pour que le
c r courant en entrée du pont de diodes 10 présente une allure sensiblement sinusoïdale comme représenté sur la figure 9.
Le circuit élévateur 13 peut être alimenté grâce à l'invention par une tension simplement redressée et non filtrée par des condensateurs électrochimiques de forte capacité, sans générer d'harmoniques de courant d'entrée susceptibles de polluer le réseau.
L'homme du métier comprendra que l'intensité de crête du courant parcourant la branche médiane du pont en H augmente au fur et à mesure que la tension V croît, et qu'il convient de dimensionner le
s circuit résonnant et le primaire du transformateur en conséquence.
s circuit résonnant et le primaire du transformateur en conséquence.
Toutefois, malgré le coût d'un tel dimensionnement, une alimentation selon l'invention demeure d'un coût de fabrication nettement inférieur aux alimentations connues.
Le courant en amont du circuit élévateur 13 peut avantageusement être lissé au moyen d'une inductance de lissage 30, que l'on a représentée en traits discontinus sur la figure 3. Une inductance de lissage de faible volume de noyau magnétique, se saturant à faible courant, suffit, étant donné qu'elle corrige l'allure du courant lorsque ce dernier passe par zéro.
La haute tension V aux bornes du ou des condensateurs à
s charger est avantageusement mesurée à l'aide du dispositif représenté sur la figure 10, comportant un premier amplificateur operationnel 23 qui permet d'effectuer la mesure de la tension Vs par rapport à un potentiel de
s référence (zéro volt) et un deuxième amplificateur opérationnel 24 qui permet de comparer la tension ainsi mesurée à une valeur de consigne V0 pour délivrer un signal de sortie 25 capable d'être lu par les moyens de commande 16.
Avantageusement, ces derniers sont agencés pour modifier le déphasage entre les tensions de commande VG1 et VG2 des interrupteurs électroniques lorsque la tension v excède un seuil
s prédéterminé et ainsi diminuer la durée des créneaux de tension auxquels est soumis le circuit résonnant série LC, donc l'énergie transmise au primaire du transformateur élévateur.
s prédéterminé et ainsi diminuer la durée des créneaux de tension auxquels est soumis le circuit résonnant série LC, donc l'énergie transmise au primaire du transformateur élévateur.
On a représenté sur la figure 11 une alimentation 26 adaptee à être branchée sur un réseau triphasé.
Cette alimentation 26 comporte trois modules 26a, 26b et 26c comprenant chacun un redresseur 10, un condensateur de filtrage haute fréquence 11 et un circuit élévateur 13 tel que décrit plus haut.
Les trois circuits élévateurs 13 sont commandés par des moyens de commande communs 27 et sont agencés pour que les courants de sortie des secondaires des transformateurs élévateurs de tension s'ajoutent.
On a représenté sur la figure 12 la partie haute tension de l'alimentation 26.
On distingue sur cette figure chacun des primaires 17 des trois transformateurs élévateurs de tension des modules 26a, 26b et 26c et les enroulements 31 des secondaires correspondants.
Les enroulements des secondaires sont associés chacun à un pont de diodes 32 et à un condensateur de filtrage 33. Les ponts de diodes 32 sont reliés en série. Le courant de sortie de l'alimentation 26 est détecté au moyen d'un capteur à effet Hall 28 et la tension de sortie est mesurée en 29.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits.
On peut notamment utiliser des interrupteurs électroniques autres que des transistors MOSFET et contrôler le fonctionnement du circuit élévateur non pas en agissant sur le déphasage entre les signaux de commande des deux branches latérales du pont en H comme décrit plus haut mais en agissant sur la fréquence de commutation des interrupteurs électroniques, donc sur la fréquence d'excitation du circuit résonnant LC série.
Claims (10)
1 - Alimentation (8;26) à haute tension apte à charger un ou plusieurs condensateurs sous une haute tension, caractérisée par le fait qu'elle comprend un circuit redresseur (10) à relier à une source de courant alternatif, un circuit élévateur de tension (13) comportant un transformateur élévateur de tension, un circuit résonnant LC série formé avec le primaire (17) dudit transformateur et un ensemble d'interrupteurs électroniques commandés (18a,18b,19a,19b) pour exciter avec une tension alternative de fréquence supérieure à celle de ladite source ledit circuit resonnant, le transformateur élévateur étant choisi de manière à ce que la tension < Vp > aux bornes de son primaire (17) reste faible relativement à la tension aux bornes du circuit résonnant quelle que soit la tension de sortie (vide l'alimentation.
2 - Alimentation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit transformateur élévateur de tension est choisi de sorte que la tension maximale aux bornes de son primaire (17) reste inférieure ou égale à 25 % de la tension crête de la source de courant alternatif.
3 - Alimentation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que ledit ensemble d'interrupteurs électroniques commandés (18a,1-,19a,19b) constitue avec ledit circuit résonnant
LC série formé avec le primaire du transformateur élévateur un pont en H, dont le circuit résonnant LC série constitue avec le primaire dudit transformateur la branche médiane, chaque branche latérale du pont en H comportant deux interrupteurs électroniques, ces derniers étant commandés de manière cyclique pour changer d'état et soumettre la branche médiane du pont en H à une tension alternative en créneaux.
4 - Alimentation selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le changement d'état des interrupteurs électroniques d'une branche latérale du pont en H s'effectue avec un certain retard après le changement d'état des interrupteurs électroniques de l'autre branche latérale et par le fait qu'elle comporte des moyens (16) permettant de contrôler la valeur dudit retard en fonction de la tension de sortie (Vs) de l'alimentation.
5 - Alimentation selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens (15) pour mesurer la tension (Vs) de sortie de l'alimentation par rapport à un potentiel de référence et des moyens pour comparer la tension ainsi mesurée à une valeur de consigne et en déduire une modification éventuelle du déphasage.
6 - Alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les interrupteurs électroniques sont commutés à une fréquence legèrement supérieure à la fréquence de résonnance propre dudit circuit résonnant LC.
7 - Alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte en entrée une inductance de lissage (30) pour corriger l'allure du courant absorbé lorsque ce dernier passe par zéro.
8 - Alimentation haute tension (26), caractérisée par le fait qu'elle est constituee par l'association de plusieurs circuits élévateurs tels que définis dans l'une quelconque des revendications précédentes, ces circuits élévateurs (13) étant reliés entre eux de manière à ce que les courants de sortie des circuits élévateurs de tension puissent s'ajouter.
9 - Alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'inductance L du circuit résonnant série LC est constituée en intégralité par l'inductance propre du primaire et l'inductance de fuite du transformateur élévateur.
10 - Procédé pour charger un ou plusieurs condensateurs sous une haute tension, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes consistant à:
- redresser un courant alternatif,
- découper la tension ainsi redressée pour générer une tension alternative à une fréquence nettement supérieure à la fréquence de ladite source de courant alternatif,
- soumettre un circuit résonnant série LC formé avec le primaire (17) d'un transformateur élévateur de tension à la tension en créneaux ainsi obtenue, le transformateur élévateur de tension étant choisi de manière à ce que la tension (Vp) à son primaire reste faible par rapport à la tension aux bornes du circuit résonnant quelle que soit la tension de sortie (Vs) de l'alimentation.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9612500A FR2754653B1 (fr) | 1996-10-14 | 1996-10-14 | Alimentation a haute tension et de forte puissance et procede pour charger au moins un condensateur sous une haute tension |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9612500A FR2754653B1 (fr) | 1996-10-14 | 1996-10-14 | Alimentation a haute tension et de forte puissance et procede pour charger au moins un condensateur sous une haute tension |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2754653A1 true FR2754653A1 (fr) | 1998-04-17 |
| FR2754653B1 FR2754653B1 (fr) | 1998-12-31 |
Family
ID=9496628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9612500A Expired - Fee Related FR2754653B1 (fr) | 1996-10-14 | 1996-10-14 | Alimentation a haute tension et de forte puissance et procede pour charger au moins un condensateur sous une haute tension |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2754653B1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1603221A2 (fr) * | 2004-05-31 | 2005-12-07 | Sony Corporation | Circuit d'alimentation de puissance à découpage |
-
1996
- 1996-10-14 FR FR9612500A patent/FR2754653B1/fr not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| BELAGULI V ET AL: "OPERATION OF THE LCC-TYPE PARALLEL RESONANT CONVERTER AS A LOW HARMONIC RECTIFIER", APEC '96. ELEVENTH ANNUAL APPLIED POWER ELECTRONICS CONFERENCE AND EXPOSITION, SAN JOSE, MAR. 3 - 7, 1996, vol. 1, 3 March 1996 (1996-03-03), INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS, pages 131 - 137, XP000585650 * |
| BHAT A K S: "OPERATION OF HIGH-FREQUENCY RESONANT CONVERTERS ON THE UTILITY LINE WITH IMPROVED CHARACTERISTICS", PROCEEDINGS OF THE ANNUAL POWER ELECTRONICS SPECIALISTS CONFERENCE, TAIPEI, TAIWAN, JUNE 20 - 24, 1994, vol. 1, 20 June 1994 (1994-06-20), SOCIETY, pages 115 - 123, XP000492007 * |
| KASSICK E V ET AL: "A LOW COST HIGH POWER FACTOR RESONANT MODE BATTERY CHARGER", PROCEEDINGS OF THE ANNUAL APPLIED POWER ELECTRONICS CONFERENCE AND EXPOSITION (APEC), SAN DIEGO, MAR. 7 - 11, 1993, no. CONF. 8, 7 March 1993 (1993-03-07), INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS, pages 543 - 548, XP000357940 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1603221A2 (fr) * | 2004-05-31 | 2005-12-07 | Sony Corporation | Circuit d'alimentation de puissance à découpage |
| EP1603221A3 (fr) * | 2004-05-31 | 2007-11-21 | Sony Corporation | Circuit d'alimentation de puissance à découpage |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2754653B1 (fr) | 1998-12-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1420976B1 (fr) | Alimentation electrique a tensions multiples pour vehicule ferroviaire | |
| FR2471695A1 (fr) | Dispositif redresseur a tension de sortie filtree | |
| FR2543377A1 (fr) | Convertisseur continu-continu regule | |
| EP0654887A1 (fr) | Alimentation sans coupure à neutre traversant, comportant un hacheur-élévateur double | |
| EP3346597B1 (fr) | Convertisseur de puissance ac-dc | |
| EP0680245A2 (fr) | Ensemble comprenant un convertisseur statique à interrupteur commandé et un circuit de commande | |
| EP1275196B1 (fr) | Moteur a angle d'avance de phase | |
| EP2227855A1 (fr) | Circuit de contrôle du courant dans un organe électrique de commande ou de la tension aux bornes dudit organe électrique de commande | |
| EP2388899A1 (fr) | Dispositif convertisseur et alimentation sans interruption équipée d'un tel dispositif | |
| FR2772154A1 (fr) | Circuit de commande pour la correction du facteur de puissance | |
| WO2010029222A1 (fr) | Dispositif convertisseur et alimentation sans interruption équipée d'un tel dispositif | |
| EP0986288B1 (fr) | Dispositif d'alimentation à onduleur dont la puissance délivrée est controlée | |
| EP0926807B1 (fr) | Convertisseur alternatif-continu triphasé | |
| EP0567408B1 (fr) | Dispositif d'alimentation de lampes à décharge et projecteur de véhicule utilisant un tel dispositif | |
| FR2754653A1 (fr) | Alimentation a haute tension et de forte puissance et procede pour charger au moins un condensateur sous une haute tension | |
| FR2693321A1 (fr) | Chargeur de batterie. | |
| EP0507663B1 (fr) | Procédé et dispositif pour atténuer l'effet du radioparasitage par conduction sur le réseau alternatif polyphasé | |
| EP0078722A1 (fr) | Dispositif d'alimentation électronique absorbant sur le réseau alternatif un courant sinusoidal phasé avec la tension | |
| FR2472297A1 (fr) | Dispositif d'alimentation du type convertisseur | |
| FR2502418A1 (fr) | Bloc d'alimentation electrique a decoupage pour appareils electroniques | |
| FR2631508A1 (fr) | Circuit pour fournir du courant actif a une lampe fluorescente | |
| CA2170317C (fr) | Procede de commande pour courant electrique bidirectionnel et onduleur de tension a commutation douce | |
| FR1465756A (fr) | Dispositifs de contrôle pour régler le rapport d'énergie appliquée à une chargeélectrique, telle qu'un moteur à induction | |
| FR2479600A1 (fr) | Dispositif d'adaptation pour circuit intermediaire d'un ensemble convertisseur alternatif-alternatif | |
| EP0600809A1 (fr) | Compensateur dynamique de courant électrique alternatif |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20150630 |