FR2828598A1 - Convertisseur electrique non regule - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un convertisseur de tension alternatif continu avec des bornes d'entrée,- un montage série entre les bornes d'entrée, le montage série comprenant un élément de commutation (4) et un condensateur (6), la décharge du condensateur fournissant la tension de sortie du convertisseur,- un circuit de commande (8, 20) de l'élément de commutation commandant la mise en conduction de l'élément de commutation en fonction exclusivement de la tension d'entrée et commandant la mise hors conduction de l'élément de commutation exclusivement en fonction de la tension de sortie.Le convertisseur présente un grande dynamique, et permet une mesure précise de la consommation en sortie.
Description
est un pont redresseur hexaphasé.
CONVERTISSEUR ELECTRIOUE NON REGULE
L'invention concerne le domaine des convertisseurs de puissance électrique, et plus spécifiquement les circuits de conversion alternatifcontinu (AC-DC) utilisant un principe de charge intermittente d'un condensateur. De tels convertisseurs sont notamment utilisés directement pour les produits motorisés dans le bâtiment, comme les petits écrans de protection solaire, stores vénitiens, etc. Ils permettent de convertir la tension alternative du secteur en une tension sensiblement continue plus faible et susceptible d'être utilisée pour alimenter un actionneur avec un moteur à courant continu peu puissant, par exemple du type Concept 25 fabriqué par la demanderesse. Ils peuvent aussi alimenter simplement l' électronique de commande d' un moteur alternatif plus puissant, par exemple pour volets roulants, ou encore un simple capteur associé à un récepteur ou un émetteur radio-fréquences. Ces convertisseurs sont dits non-régulés en ce qu'ils fonctionnent sans que leur tension de sortie soit asservie à une référence fixe. Ceci simplifie la structure du convertisseur et en abaisse le coût. Ces convertisseurs reçoivent en entrce un courant alternatif, redressé ou non; le redressement simple ou double alternance d'un courant
alternatif est considéré dans la présente description comme connu en soi, et n'est pas
décrit. Ces convertisseurs fournissent en sortie une tension sensiblement continue, d'une amplitude inférieure à l'amplitude de crête de la tension d'entrée. Dans la suite
de la description, on se place dans l'hypothèse o la tension d'entrce est la tension du
secteur; cette hypothèse est la plus courante pour les applications dans le bâtiment; il est toutefois clair que d'autres applications sont possibles, et que le courant alternatif, redressé ou non, d'entrce du convertisseur n'est pas limité au courant fourni par le secteur. Ces convertisseurs sont dits de faible puissance, en ce qu'on peut y tolérer un rendement de conversion plus faible que dans une installation de forte puissance, et donc des pertes proportionnellement plus importantes. La puissance de sortie est typiquement inférieure à 50 W. Dans le principe, comme expliqué par exemple à la figure 1 de US-A-4 641 233, les convertisseurs utilisent la charge intermittente d'un condensateur de forte capacité, noté C dans la suite; on entend dans ce contexte par forte capacité des capacités souvent supérieures à 100 F. On comprendra toutefois que la capacité du 1 8438 doc - 1 0 ao 200 1 1 /30 condensateur utilisé suffit simplement à maintenir une tension de sortie suffisante entre les périodes de charge intermittente du condensateur. De ce fait, la capacité du condensateur dépend de la variation de tension acceptée en sortie, du courant de sortie nocessaire et de la fréquence des charges qui est fonction de la fréquence de la tension d'entrée. Pour des courants de sortie faibles, ou pour une fréquence de la tension d'entrée importantes, un condensateur d'une capacité inférieure à cette borne pourrait être utilisé. Un élément de commutation, noté Q dans la suite, est disposé entre le secteur redressé (simple ou double alternance) et ce condensateur, de manière à ne charger ce dernier que pendant les plages temporelles o la tension secteur reste inférieure à un seuil donné. Pour une charge donnce, il est ainsi possible de dimensionner C et de choisir la tension de seuil de manière à respecter une tension
de service donnée et une ondulation donnée en sortie du convertisseur.
Le brevet US-A-4 001 668 (Lewis 1973) décrit un tel dispositif en figure 4. Ce brevet met l'accent sur la très bonne tolérance vis à vis des variations de la tension du secteur, permettant 1'usage d'un tel montage pour alimenter un même moteur à courant continu aussi bien sur un secteur alternatif 110-120 V que 220-240 V. La mise en conduction et hors conduction de l'élément de commutation Q (47) sont complètement déterminces par comparaison d'une tension, image de la tension redressée, à un seuil (50, 51, 45). Il faut noter que l'utilisation d'un limiteur de courant formé d'une résistance RP (48) et placé en amont du point de mesure de la tension permet de bénéficier d'un effet cumulatif favorisant un passage rapide de Q d'un état bloqué à conducteur ou inversement. Sur les figures 5 et 6, ce brevet indique clairement l'allure impulsionnelle du courant de ligne (61, 65) et de
l'ondulation de tension aval aux bornes de la charge (donc aux bornes de C) (62, 66).
Les brevets déposés par la suite constituent des formes de réalisations particulières facilitant la commande de l'interropteur Q. ou des améliorations relatives à la réduction d'harmoniques engendrées par les pointes de courant
nécessaires à la recharge périodique du condensateur.
Le brevet GB-A-2 203 003 (Sanderson 1987) décrit en termes génériques une topologie légèrement différente mais basoe sur le même principe. En figure 2, un dispositif de limitation de courant (11) est intercalé entre un élément de commutation formé d'un transistor- à effet de champ et le condensateur (6), la mesure de tension pour la commande de l'élément de commutation étant faite sur C (par le bloc 1 8438 doc - 1 0 iloût 200 1 2130 référencé 10). Cette disposition prive en fait d'une possibilité d'effet cumulatif pour la commande efficace de Q. Un dispositif (12) est supposé mettre hors service l'élément de commutation lorsque la tension à ses bornes dépasse un seuil maximum;
ce dispositif n'est toutefois pas décrit.
Le brevet EP-A-O 763 878 (Helfrich 1995) décrit en figure I une topologie de convertisseur utilisant un dispositif limiteur de courant RP (Rl), un élément de commutation Q (Q l) et un condensateur C (C2) avec commande composite de Q à la fois par la tension amont de RP (R6) et par la tension aval (R6). Le seuil de tension est cependant le même pour la mise en conduction ou la mise hors conduction de
I'élément de commutation.
D'autres modes de réalisation de convertisseurs utilisant ce principe de charge intermittente sont décrits dans DE-A-44 44612, DE-A- 31 44742, EPA-O 399 598,
DE-A-32 45238, EP-A-O 249 259, FR-A-2 672 448, EP-A-O 500 113.
Le brevet EP-A-O 622 889 (Wong 1994) décrit une topologie série (Q. C) sans limiteur de courant. La tension d'entrce Vin - la tension du secteur redressée - est appliquée au montage série du condensateur et de l'élément de commutation. Ce montage est destiné à permettre, comme dans les cas précédents, une double charge de C par alternance, et donc à réduire l'ondulation en amont d'un régulateur. Le dispositif analyse à la fois la tension aux bornes de C (15) et la tension aux bornes de Q (16). Q est rendu conducteur si la tension Vcap aux bornes du condensateur est inférieure à un premier seuil donné; Q est également rendu conducteur si la tension Vds aux bornes de Q - qui est la différence entre la tension d'entrce redressce et la
tension aux bornes du condensateur - devient inférieure à un deuxième seuil donné.
Dans une alternance, ceci perm et une charge du co ndensateur l orsque la tension croî t depuis une valeur nulle, puis une charge du condensateur lorsque la tension diminue
vers une valeur nulle.
Le brevet US-A-4 641 233 (Roy 1985) décrit en référence à la figure 1 une topologie similaire. Le dispositif de commutation - un transistor bipolaire - est rendu conducteur si la tension de sortie du convertisseur (tension aval) est inférieure à la tension de référence choisie; toutefois, le dispositif de commutation n'est rendu conducteur que si la tension en amont de l'élément de commutation est inférieure à une tension qui est d'environ vingt volts pour une tension de sortie de cinq volts; ceci est obtenu à l'aide d'un second transistor, qui est rendu passant en fonction de la 18't38 doc - 10 aOtit 2001 - 330 tension d'entrée, et qui bloque le premier transistor lorsque la tension d'entrée est trop élevoe; selon le brevet, le second transistor a pour objectif d'éviter d'endommager les
composants du fait d'une commutation sous une tension élevée.
Un inconvénient de ce dispositif est que les valeurs de seuil pour la tension d'entrée et la tension de sortie ne sont réglées que de manière approximative: il est connu que la tension de seuil de conduction d'un transistor bipolaire ou d'une simple jonction PN ne sont pas définies avec précision; la solution proposce consiste à
remplacer le deuxième transistor par une source de tension de référence de précision.
Il existe donc un besoin d'un convertisseur, qui permette de commander avec lO précision l'élément de commutation autorisant la charge du condensateur par la
tension d'entrce.
Un deuxième inconvénient du montage proposé par Roy est qu'il limite artificiellement la dynamique de fonctionnement en sortie. En effet, ce montage interdit la conduction de l'élément de commutation dès que la tension amont dépasse un seuil fixé, alors qu'il est tout à fait possible que, quand ce seuil est atteint, le condens ateur C ne so it p as encore suffis amment rechargé. Cet effet se produira sur les fronts montants de la sinusoïde redressée. Il est alors intéressant, pour éviter de limiter la dynamique de fonctionnement du montage, de choisir un seuil élevé pour la
tension amont.
Un troisième inconvénient du montage proposé par Roy apparaît sur les fronts descendant de la sinusoïde redressée. En effet, si le condensateur est déchargé, I'élément de commutation est rendu conducteur dès lors que la tension amont passe en dessous du seuil fixé. Si ce seuil pour la tension amont est élevé, la mise en conduction s'effectue sous une tension plus importante quand on repasse au dessous dudit seuil, cette fois lors du front descendant de la sinusoïde redressée. Il en résulte un fonctionnement plus traumatisant pour le composant, donc un surdimensionnement de celui-ci, et des risques d'incompatibilité avec les normes de compatibilité électromagnétiques. Il est alors intéressant de choisir un seuil faible
pour la tension amont.
L'invention repose sur la mise en évidence de ces exigences contradictoires dans le montage de Roy et sur la découverte du problème correspondant. Il existe donc un besoin d'un convertisseur qui ne limite pas la dynamique de fonctionnement 18438doc- 10aoGt2001 -4130 s en sortie, mais qui permette néanmoins de protéger les composants et de limiter les
risques d'incompatibilité électromagnétique.
Il serait aussi intéressant que le convertisseur puisse permettre de mesurer la
consommation d'un dispositif qu'il alimente.
Par ailleurs, sur une ligne électrique d'alimentation d'actionneur(s) ou de capteur(s), il peut étre nécessaire de transmettre un signal simple; il peut notamment s'agir d'un signal d'alarme, d'un signal de déLaut, d'un signal d'acquisition en phase de configuration d'un actionneur, d'un signal de sécurité d'un capteur ou autre. Il est bien entendu possible d'utiliser pour la transmission du signal un milieu autre que la ligne électrique d'alimentation - par exemple une transmission radio, ou un conducteur spécifique. Toutefois, il est intéressant d'utiliser la ligne électrique, ce qui évite de fournir un autre milieu. Il a été proposé dans US-A-3 852 740 (Haynes 1973), US-A 4 121 201 (Weathers 1974) ou encore dans US-A-4 755 792 (Pezzolo 1987) d'utiliser des technologies de courants porteurs pour transmettre un signal sur une ligne d'alimentation. Ces technologies sont complexes et leur fiabilité est incertaine si réalisées au moindre coût. Elles ne sont pas adaptées à une transmission
d'informations très limitées.
Il existe donc encore un besoin de transmission simple et fiable d'un signal, sur
la ligne d'alimentation d'un actionneur ou d'un capteur.
Dans un mode de réalisation, l'invention propose donc un convertisseur de tension avec des bornes d'entrée, un montage série entre les bornes d'entrce, le montage série comprenant un élément de commutation et un condensateur. La décharge du condensateur fournit la tension de sortie du convertisseur. Le montage comprend aussi un circuit de commande de l'élément de commutation; celui-ci commande la mise en conduction de 1'élément de commutation en fonction exclusivement de la tension d'entrée et commande la mise hors conduction de
l'élément de commutation exclusivement en fonction de la tension de sortie.
Avantageusement, le circuit de commande commande la mise en conduction de l'élément de commutation lorsque la tension d'entrée est inférieure à un premier seuil; il commande la mise hors conduction de 1'élément de commutation lorsque la
tension de sortie est supérieure à un deuxième seuil.
On peut prévoir dans le convertisseur un redresseur simple ou double alternance dont la sortie alimente le montage série. Il est aussi possible d'ajouter un 18438 doc - 10 août 2001 5/30 élément limiteur de courant, résistif ou inductif, monté en série avec le montage série. Dans un mode de réalisation, I'élément de commutation comporte une bome d'entrée, une bome de sortie et une bome de commande, la tension de commande foumie par le circuit de commande étant appliquée entre la bome de commande et la bome de sortie. L'élément de commutaton présente alors un seuil de conduction sensiblement constant entre les bomes de commande et de sortie, I'élément de commutation devenant conducteur entre des bornes d'entrce et de sortie lorsque ce seuil de conduction est atteint. Un transistor MOS est un exemple d'un tel élément de
I O commutation.
Dans ce cas, le circuit de commande peut présenter une seule entrée relice à une bome du montage série, une sortie reliée à la bome de commande de l'élément de commutation et une masse reliée à l'autre bome du montage série. Plus spécifiquement, le circuit de commande peut comprendre une source de tension, pilotée par 1'entrée, délivrant une tension restant pratiquement constante tant que la tension d'entrée est supérieure à un premier seuil, et diminuant dans le cas contraire, un deuxième condensateur, dont une bome est reliée à la masse du circuit de commande, et un inverseur commandé, dont la rotule est relice à l'autre bome du deuxième condensateur. Cet inverseur relie sélectivement le deuxième condensateur soit à la source de tension dans une première position, soit à la sortie du circuit de commande dans une deuxième position. L'inverseur bascule de la première à la deuxième position lorsque la tension délivrée par la source de tension diminue; il bascule de la deuxième à la première position lorsque la tension de sortie est supérieure à un deuxième seuil, ou lorsque l'écart entre la tension de sortie du circuit de commande et la tension de sortie du convertisseur devient inférieur au seuil de
l'élément de commutation.
L'inverseur commandé comprend, dans un mode de réalisation, une diode entre la source de tension et le deuxième condensateur, un deuxième transistor de type bipolaire, dont l'émetteur est relié au deuxième condensateur et le collecteur est reliée à la sortie du circuit de commande, et une résistance entre la source de tension
et la base du deuxième transistor.
La source de tension peut comprendre une diode Zener entre la masse et la borne de la diode qui n'est pas reliée au deuxième condensateur; dans ce cas, la diode 1 8438 doc - 1 0 août 200 1 - 6/30 Zener est reliée à l'entrée du circuit de commande à travers une résistance, et mise en
parallèle avec une autre résistance.
On peut prévoir dans le convertisseur des moyens de mesure de la position temporelle d'au moins un front descendant de la tension de commande appliquée à I'élément de commutation. On peut aussi prévoir des moyens de mesure de la valeur de la tension de sortie, commandés par la tension de commande appliquée à l'élément
de commutation.
L'invention propose aussi une combinaison d'un tel convertisseur et d'une charge alimentée en tension par la tension de sortie du convertisseur. La charge présente avantageusement des moyens pour générer une surconsommation, ou au
moins un élément passif sélectivement alimenté par la tension de sortie.
L'invention propose encore un ensemble présentant un détecteur de largeur d'impulsions de courant ou un détecteur du temps séparant des impulsions de
courant; ainsi qu'une telle combinaison.
EnEn, I'invention concerne un procédé de transmission d'information entre au moins une telle combinaison et un détecteur disposé sur une ligne d'alimentation électrique du convertisseur de la ou des combinaisons. Le procédé comprend la variation de la consommation de la charge d'une combinaison; et la détection par le détecteur d'une variation de la position temporelle d'au moins une impulsion de courant. Cette étape de détection comprend par exemple la détection par le détecteur d'une variation de la largeur temporelle d'au moins une impulsion de courant, ou encore la détection par le détecteur d'une variation du temps entre le front descendant
d'une impulsion et le front montant de l'impulsion suivante.
Le procédé permet notamment de transmettre une information qui est une
alarme, ou une information sur le fonctionnement normal d'une charge.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de
la description qui suit, donnce à titre d'exemple et en référence aux dessins qui
montrent - figure 1, une vue schématique d'un convertisseur selon le principe de 1'invention; - fgure 2, un graphe de la tension amont, de la tension de commande et du courant amont dans le convertisseur de la figure 1, en fonction du temps l843.3 doc - 10 août 200t - 7/30 - figure 3, une vue schématique d'un convertisseur selon un mode préféré de réal isati on de l 'invention; - figure 4, une vue plus détaillée d'un convertisseur du type de la figure 2, - figure 5, une représentation d'un montage traditionnel redresseur, alimentant une charge RU, avec filtrage par un condensateur; - figure 6, un graphe de la tension de sortie du montage de la figure 4; - figure 7 et 8, des vues schématiques de microcontrôleurs susceptibles d'être utilisés selon l'invention dans son exploitation à la mesure du courant débité vers l'aval; - figure 9, un graphe du courant d'entrce d'un convertisseur dans un premier état de fonctionnement du dispositif alimenté par le convertisseur; - figure lO, un graphe du courant de ligne alimentant trois convertisseurs, tous dans un premier état de fonctionnement du dispositif qu'ils alimentent, - figure 11, un graphe du courant de ligne alimentant trois convertisseurs, dont deux dispositifs alimentés par ces convertisseurs étant dans un premier état de fonctionnement alors que le troisième dispositif est dans un deuxième état de fonctionnement; - figure 12, une représentation schématique d'un détecteur d'un changement d'état
de fonctionnement d'un dispositif alimentés par un convertisseur.
L'invention propose un convertisseur de tension alternatif-continu, avec des bornes d'entrce, un montage série entre les bornes d'entrée, ce montage comprenant un élément de commutation et un condensateur délivrant la tension de sortie. Le convertisseur comprend en outre un circuit de commande de l'élément de commutation. Le circuit de commande commande la mise en conduction de l'élément de commutation exclusivement en fonction de la tension d'entrée et commande la mise hors conduction de l'élément de commutation exclusivement en fonction de la
tension de sortie.
Comme la mise hors conduction de l'élément de commutation est exclusivement fonction de la tension de sortie, I'élément de commutation reste conducteur dès lors que la tension de sortie est trop basse, indépendamment de la valeur de la tension d'entrée appliquée aux bornes du montage série. En tant que de besoin, le condensateur continue à être chargé, méme si la tension d'entrce dépasse une valeur seuil. Le convertisseur proposé présente donc une dynamique plus 18t38doc. 10août2001 8/30 importante que dans la solution de US-A-4 641 233, ou de GB-A-2 203 003. En effet, la dynamique de la tension de sortie du convertisseur n'est pas limitée par une
valeur seuil de la tension d'entrée.
Comme la mise en conduction de l'élément de commutation est exclusivement fonction de la tension d'entrce, il est possible de protéger les composants du circuit contre tout dommage résultant d'une mise en conduction sous une forte tension d'entrée. Il n'est donc pas nécessaire de surdimensionner les composants du
convertisseur, et on peut limiter les risques d'incompatibilité électromagnétique.
La figure I montre une vue schématique d'un convertisseur selon le principe de l'invention. Le convertisseur reçoit en entrce une tension alternative redressée par tout moyen approprié, comme schématisé sur la figure dans le cas d'un redressement
double alternance. Cette tension est appliquée à un élément limiteur de courant 2 -
résistif ou inductif - dont la fonction est de limiter le courant s'écoulant à travers l'élément de commutation et le condensateur lorsque l'élément de commutation est conducteur. L'élément limiteur de courant est par ailleurs relié au montage série de l'élément de commutation 4 - dans l'exemple un transistor MOS - et du condensateur 6. Les bornes du condensateur constituent les bornes de sortie du convertisseur. On note Ue sur la figure la tension aux bornes du montage série de l'élément de commutation et du condensateur, que l'on qualifie aussi dans la suite de tension amont, ou tension d'entrée; on note Us sur la figure la tension aux bornes du
condensateur, que l'on qualifie aussi dans la suite de tension aval ou tension de sortie.
Le convertisseur comprend aussi un circuit de commande 8. Le circuit de commande est relié à l'entrce de commande de l'élément de commutation; il reçoit par ailleurs la tension Ue et la tension Us. A cette fm, dans le montage schématique de la figure 1, le circuit de commande présente des première et seconde bornes d'entrce respectivement relices entre l'élément limiteur de courant 2 et 1'élément de commutation 4 d'une part, et entre 1'élément de commutation 4 et le condensateur 6
d'autre part.
Le circuit de commande comprend un premier comparateur 10 dont 1'entrce inverseuse est reliée à la première borne d'entrée, et à 1'entrée noninverseuse duquel est appliquce une première tension de référence V I. La sortie du premier comparateur est appliquce à l'entrée de validation S d'une bascule 14. Le circuit de commande comprend un deuxième comparateur 12 dont 1'entrce non-inverseuse est 18438 doc - 10 ioG'2001 - 9130 reliée à la deuxième borne d'entrée, et à l'entrée inverseuse duquel est appliquée une deuxième tension de référence V2. La sortie du deuxième comparateur est appliquce à l'entrée de revalidation R de la bascule 14. La sortie de la bascule fournit le signal de commande délivré par le circuit de commande, et est donc relice à l'entrée de commande de 1'élément de commutation 4. Le fonctionnement du convertisseur de la figure 1 est le suivant. On suppose que l'élément de commutation est conducteur. Le condensateur 6 est chargé par le courant traversant l'élément de limitation, I'élément de commutation et le condensateur. Lorsque la tension Us aux bornes du condensateur dépasse la deuxième tension de référence V2, la bascule 14 change d'état, et 1'élément de commutation 4 est mis hors conduction. La charge du condensateur cesse. On comprend donc que la charge du condensateur par la tension d'entrée cesse dès lors que la tension aux bornes du condensateur dépasse une valeur limite dictée par la deuxième tension de référence V2. On comprend en outre que la mise hors conduction de 1'élément de commutation dépend exclusivement de la tension Us, mais ne dépend pas de la tension Ue. Ceci n'est pas un problème: en effet, lorsque l'élément de commutation est conducteur, la tension à ses bornes est évidemment nulle (ou très faible), et le fait de le rendre non conducteur ne le soumet pas à une contrainte particulière, et n'est pas de nature à gêner sur le plan de la CEM. L'élément de commutation Q doit bien entendu pouvoir supporter une tension égale à l'amplitude de la tension du réscau. On comprend ici que l'élément limiteur de courant pourrait être omis dans le montage de la figure 1. Par ailleurs, en présence de cet élément limiteur de courant, la valeur du courant circulant dans l'élément de commutation est limitée par l'élément 2 - indépendamment de la nécessité de dimensionner 1'élément de commutation pour qu'il supporte le passage du courant de
charge du condensateur.
Partant de cet état, lorsque la tension amont Ue passe en dessous de la première tension de référence V1, le premier comparateur applique un signal à 1'entrée de validation de la bascule, et la bascule change à nouveau d'état. L'élément de commutation est alors rendu passant. Comme la mise en conduction ne dépend pas de la tension aval, mais seulement de la tension amont, il est possible de sélectionner le moment de mise en conduction, de telle sorte que la tension aux bornes de
l'élément de commutation soit aussi faible que désirce.
18438 doc - 4 sepcmbre 2001 - I 0/29 Le montage de la figure 1 pemmet donc de préserver la dynamique du convertisseur, de protéger les composants. I1 pallie donc les deuxième et troisième
inconvénients du circuit Roy, tels qu'exposés plus haut.
Dans l'exemple de la figure 1, la tension de sortie est mesurée aux bomes du condensateur 6; la tension d'entrce est mesurée aux bomes du montage série de l'élément de commutation et du condensateur. On notera que lorsque l'élément de commutation n'est pas conducteur, la tension aux bomes de l'élément de limitation de courant est nulle. De la sorte, la tension d'entrée peut être mesurée indifféremment aux bomes du montage série de l'élément de commutation et du condensateur, ou aux bomes du montage en série de 1'élément limiteur de courant, de l'élément de commutation et du condensateur. De même, lorsque l'élément de commutation est conducteur, la tension aux bomes du montage série de l'élément de commutation et du condensateur est égale à la tension aux bomes du condensateur 6 - en négligeant la chute de tension aux bomes de l'élément de commutation 4. Ainsi, si l'on sait quand l'élément de commutation est conducteur, il est possible d'utiliser la tension aux bomes du montage série de l'élément de commutation et du transistor pour commander la mise hors conduction. Plus généralement, le point de mesure de la tension d'entrce et de la tension de sortie peut varier par rapport aux solutions
donnces dans les exemples des figures.
Dans ce mode de réalisation général, le convertisseur pallie aussi le premier inconvénient, du fait que les instants de commutation ne dépendent pas des
caractéristiques de l'élément de commutation.
On pourrait toutefois aussi mettre en _uvre un convertisseur du type de la figure 1, avec un élément de commutation d'un autre type La figure 2 est un graphe de la tension amont Ue et de la tension de commande Uc dans le convertisseur de la figure 1, en fonction du temps. La tension de commande est la tension de sortie du circuit de commande, appliquce à l'entrée de commande de l'élément de commutation. Le graphe correspond à l'exemple d'un redressement double altemance, et montre plusieurs altemances. On a porté sur la figure en traits interrompus la tension amont; à 1'instant t=0, la tension d'entrée est maximale, et on suppose que l'élément decommutation n'est pas conducteur. Sur le front descendant de la première alternance, I'élément de commutation est mis en conduction à l'instant tl lorsque la tension amont Ue passe en dessous de la première 8438 doc - 0 août 200 - /30 tension de référence Vl. Le condensateur est chargé sur le front descendant de la première altemance jusqu'à ce que la tension amont Ue devienne inférieure à Us, et sur le front montant de la deuxième alternance, dès que la tension amont Ue dépasse Us et jusqu'à ce que la tension aval atteigne la valeur de seuil, à l'instant t2. Cette S instant dépend de la vitesse de la charge du condensateur, et donc la consommation en aval du convertisseur. Le fonctionnement est similaire sur le front descendant de la deuxième alternance, et sur le front montant de la troisième alternance, avec une
mise en conduction à l'instance t3 et une mise hors conduction à 1'instant t4.
On suppose que la consommation du dispositif place en aval du convertisseur augmente alors. Sur le front descendant de la troisième alternance, I'élément de
commutation est rendu passant à l'instant tS, indépendamment de la consommation.
Sur le front montant de la quatrième alternance, la charge du condensateur est plus lente, du fait de la consommation du dispositif placé en aval du convertisseur; la tension de seuil V2 n'est atteinte qu'à un instant t6, avec une durce de charge t6 - t5
supérieure à la durée de charge t4 - t3 lors de 1'annulation précédente de la tension.
On retrouve le même phénomène sur le front montant de l'alternance suivante, à
l'instance t8.
Le graphe montre aussi la tension de commande Uc. On constate que cette tension de commande Uc présente des fronts montants et descendants marqués, qui sont représentatifs des instants de mise en conduction et de mise hors conduction de l'élément de commutation. Le circuit fournit donc un signal calibré en tension (0/+V) qui indique précisément les instants de début et de fin de conduction de l'élément de commutation. La durée pendant laquelle ce signal reste au niveau haut est
représentative de la consommation en aval du convertisseur.
On constate aussi que les instants tl, t3, tS et t7 de mise en conduction ont une position temporelle fixe par rapport aux alternances de tension appliquée au convertisseur; ceci s'explique par le fait que la mise en conduction ne dépend que de la tension appliquée à l'entrce du convertisseur, et ne dépend pas de la tension de sortie. Toutefois, les instants t2, t4, t6 et t8 de mise hors conduction de 1'élément de commutation sont fonction de la tension aval, et en fait de la consommation en sortie du convertisseur. Le circuit de la figure 1 permet, par analyse de la position temporelle de ces instants t2, t4, t6 ou t8 de mesurer la consommation en sortie du convertisseur. Ceci est expliqué plus en détail dans la suite en référence aux figures 5 18438 doc 10 août 2001 12130 et suivantes. Cette analyse peut simplement s'effectuer en mesurant le temps entre les
fronts montants et descendants de la tension de commande.
Le graphe montre enfin l'allure du courant i de ligne alimentant le convertisseur. Au voisinage des points d'annulation de la tension, le graphe est appro x imé. En fo ncti on de la consomm ati on, le co urant présente une fo rme d'onde
ill ou il2.
La figure 3 est une vue schématique d'un convertisseur selon un mode préLéré de réalisation de l'invention; I'exemple de la figure 3 permet d'utiliser un circuit de commande présentant une seule entrce, tout en assurant que le circuit de commande commande la mise en conduction (et respectivement la mise hors conduction) à partir d'une seule des tensions amont et aval. Ceci présente l'avantage de simplifier la structure du convertisseur. En outre, le montage de la figure 3 permet d'utiliser une référence de tension de référence unique, au lieu des deux références de tension représentées à la figure 1. Le montage de la figure 3, comme celui de la figure 4, utilise un transistor MOS comme élément de commutation. Ce transistor MOS est un exemple de dispositif de commutation qui présente un seuil de conduction sensiblement constant entre ses bornes de commande et de sortie, et ne devient conducteur entre sa borne d'entrce et sa borne de sortie que lorsque ce seuil est atteint. Comme ce seuil est constant, lorsque le transistor est conducteur, la tension Ugm entre la grille du transistor et la masse est égale à la somme de la tension de sortie Us et du seuil de conduction VT du transistor. La tension de sortie peut donc être mesurée - implicitement - à partir de la tension de sortie du circuit de
commande, appliquée à la grille du transistor.
On reconnaît à la figure 3 les éléments déjà décrits en rétérence à la figure 1,
qui portent les mêmes numéros de référence et ne sont pas décrits à nouveau.
L'élément de commutation comporte une borne d'entrée D, une borne de sortie S. ainsi qu'une borne de commande G. la tension de commande étant appliquée entre G et S. avec la caractéristique de présenter un seuil de conduction sensiblement constant VT entre bornes de commande G et de sortie S. tel qu'il devient conducteur
entre D et S lorsque ce seuil VT est atteint.
Le circuit de commande 20 présente une entrée unique connectée entre l'élément limiteur de courant 2 et 1'élément de commutation 4. Il est en outre
connecté à la masse. Le circuit de commande comprend une source de tension 22.
1 8438 do - 1 0 X>ût 200 1 - 1 3/30 Cette source de tension est pilotée par l'entrée de commande. La tension fournie par la source reste pratiquement constante tant que la tension d'entrée du circuit de commande - qui est aussi la tension d'entrée appliquce au dispositif- est supérieure à un premier seuil, et diminue dans le cas contraire; la figure 4 montre une implémentation pratique d'une telle source de tension. Le circuit de commande comprend en outre un deuxième condensateur 24 et un inverseur commandé 26. Le deuxième condensateur a une fonction de mise en mémoire, et présente une borne relice à la masse du circuit de commande; son autre borne est reliée à la rotule de
l'inverseur commandé 26.
L'inverseur commandé 26 présente alternativement une première et une deuxième position. Dans la première position, I'inverseur commandé relie le deuxième condensateur 24 de mise en mémoire à la source de tension 22. Dans la deuxième position, I'inverseur commandé relie le deuxième condensateur 24 à la sortie du circuit de commande. Le basculement de la première à la deuxième position a lieu lorsque la tension de la source de tension 22 diminue; le basculement de la deuxième à la première position a lieu lorsque l'écart entre la tension de sortie du circuit de commande et la tension de sortie du convertisseur devient inférieur au seuil
de conduction de l'élément de commutation.
Le fonctionnement du circuit de la figure 3 est le suivant. On suppose au départ la tension d'entrée du circuit de commande supérieure au premier seuil, I'élément de commutation étant supposé non conducteur. Comme la tension d'entrce du circuit de commande est supérieure au premier seuil, I'inverseur commandé 26 est dans la première position, et le deuxième condensateur 24 est chargé par la tension de la source 24. Il n'y a pas de signal appliqué en sortie du circuit de commande à l'entrce
de commande de 1'élément de commutation 4, qui reste donc non conducteur.
Lorsque la tension d'entrée diminue et passe en dessous du premier seuil, la tension de la source 22 diminue, et 1'inverseur commandé 26 passe dans la deuxième position. A cet instant, le condensateur 24 de mise en mémoire est relié à la sortie du circuit de commande, et applique donc une tension à la borne de commande G de I'élément de commutation. L'élément de commutation est donc rendu conducteur; on comprend ici que le condensateur de mise en mémoire est choisi de sorte à fournir une tension supérieure au seuil de conduction de l'élément de commutation, et ceci dès lors qu'il est chargé même pendant une durce brève par la source 22. On 18438doclOaoût2001 - 1430 comprend aussi que la mise en conduction de l'élément de commutation ne dépend que de la tension amont, appliquce en entrée du circuit de commande lorsque
l'élément de commutation n'est pas conducteur.
Une fo i s l'élément de commutation co nducteur, il reste condu cteur sous l'acti on du condensateur de mémoire 24, tant que 1'inverseur commandé est dans la seconde position. Lorsque l'écart entre la tension de sortie du circuit de commande et la tension de sortie du convertisseur devient inférieur au seuil de conduction de l'élément de commutation, l'inverseur 26 passe de la seconde position à la première position. L'élément de commutation est alors isolé. On comprend que la mise hors conduction de 1'élément de commutation ne dépend que de la tension de sortie, aux bornes du condensateur- mesurce à travers la sortie du circuit de commande en connaissant le seuil de conduction du transistor - mais ne dépend pas de la tension
d'entrce appliquée au convertisseur.
Ainsi, comme dans le montage de la figure 1, la mise en conduction de I'élément de commutation s'effectue en fonction de la tension d'entrée, mais pas en fonction de la tension de sortie; la mise hors conduction de l'élément de commutation s'effectue en fonction de la tension de sortie, mais pas en fonction de la tension d'entrée. La figure 3 répond bien au principe de la figure 1, avec un premier comparateur implicite surveillant la tension amont, par 1'intermédiaire de la source de tension pilotée, et un deuxième comparateur implicite surveillant la tension aval
par l'intermédiaire de la tension entre G et S de l'élément de commutation.
La figure 4 montre une vue plus détaillée d'un convertisseur du type de la figure 2. On reconnat l'élément limiteur de courant, l'élément de commutation, le
condensateur 6, le circuit de commande 20 et son deuxième condensateur 24.
L'entrée du circuit de commande (notée A sur la figure) est relice à la masse à travers le montage série des résistances R2 et R4 référencées 28 et 30. Une diode Zener 32 relie la masse et la borne commune des résistances 28 et 30, noté B sur la figure. Ce point B est aussi relié à une borne du deuxième condensateur par une diode passante de B vers le deuxième condensateur. L'émetteur d'un transistor 36 est reliée au deuxième condensateur 26; la base de ce transistor est reliée au point B à travers une résistance R5 référencce 38. Le collecteur du transistor est relié à l'entrée de 18438 do - 4 sepembre 2001 - 15/29 commande G de l'élément de commutation 4 et à la masse à travers une résistance R3
référencce 40.
La tension U1 est fournie par la source de tension au point B. Lorsque la tension Ul est appliquée entre l'entrée de commande G de l'élément de commutation et la masse, l'élément de commutation Q conduit si la tension UGS est supérieure ou
égale au seul de conduction, donc tant que la tension de sortie US est inférieure à U1-
VT. Le seuil aval V2 est donc ici égal à Ul-VT. Pour un seuil choisi, et pour un
MOS donné, la valeur Ul est détermince.
Dans le montage de la figure 4, le contact inverseur K est en fait réalisé par association de la diode 34, du transistor 36 et de la résistance R5 38. La charge du deuxième condensateur 26 est obtenue par la mise en parallèle de celui-ci avec la
diode Zener 32, à travers la diode 34.
On supposera pour simplifier que la tension aux bornes de la diode 34 quand elle conduit est très faible devant la tension Zener VZ de la diode Zener 34. On a donc simplement Ul = VZ = V2 + VT. La valeur de la tension Zener est donc choisie en fonction du seuil de conduction de l'élément de commutation 6, et du deuxième seuil de référence V2 (ou seuil aval), en dessus duquel 1'élément de commutation est
rendu non conducteur.
Le deuxième transistor 36 est toujours bloqué, sauf si le potentiel de B devient inférieur à celui de E. Cette dernière situation se rencontre lorsque le générateur de Thévenin équivalent à l'ensemble (UA, R2, R4) présente une tension inférieure à VZ.
Si, par suite de la décroissance de UA sur un front descendant de la demi-
sinusode redressée, la tension Ul devient inférieure à la tension Zener VZ, alors le deuxième transistor commence à conduire, entraînant un début de conduction de l'élément de commutation. Si l'élément de commutation commence à conduire, le potentiel de A diminue, donc celui de B également, ce qui renforce d'autant la
conduction du deuxième transistor, etc... I1 y a donc effet cumulatif.
Au moment de la mise en conduction quasi-instantanée du deuxième transistor et de 1'élément de commutation, le potentiel de A passe de la valeur de seuil V1 à la valeur Us (tension aux bomes de C), confirmant ainsi la conduction du deuxième
transistor et le blocage de la diode 34.
843 8 doc - 1 0 août 200 1 - 1 6/30 Pour une valeur de tension Zener VZ donnée, et pour un seuil V1 choisi, on déduit les valeurs de résistances R2, R4 à utiliser, par la relation:
V1 R2 +R4 VZ = R2 +R4(V2 + VT)
R4 R4 Le montage permet, par un choix adéquat des résistances R2 et R4, de choisir librement les seuils amont et aval Vl et V2. La tension UGM aux bornes de la résistance R3 40 reste égale à VZ, pendant la durce de la conduction, si la constante de temps R3.C2 est grande devant la période;
C2 est la capacité du deuxième condensateur.
Quand la tension aux bornes du condensateur 6 augmente suffisamment pour atteindre VZ - VT, alors la conduction de l'élément de commutation tend à diminuer, et UA augmente. Le deuxième transistor tend à moins conduire... Il y a effet cumulatif dans l'autre sens: blocage de l'élément de commutation et du deuxième transistor. La tension UGM s'annule donc. On dispose donc, si nécessaire, d'un signal UGM calibré en tension représentatif de la durce de conduction, comme
expliqué en réLérence à la figure 2.
Le montage de la figure 4 fournit une solution simple pour implémenter le
schéma de la figure 3. Bien entendu, d'autres solutions sont possibles.
On décrit maintenant en référence aux figures 5 et suivantes des applications du circuit des figures 1 à 4, à la mesure de la consommation en aval du convertisseur - figures 7 et 8 - ou à la transmission d'information le long d'une ligne d'alimentation
- figures 9 et suivantes.
La figure 5 montre une représentation d'un montage traditionnel redresseur, alimentant une charge RU, avec filtrage par un condensateur; le montage comprend une diode 42 assurant un redressement simple alternance, un limiteur de courant formé d'une résistance 44, et un montage en parallèle d'un condensateur 46 et d'une charge de sortie RU référencce 48. La tension de sortie Us est la tension aux bornes du condensateur. La figure 6 est un graphe de la tension de sortie du montage de la figure 5; on a représenté en traits pleins une alternance de la tension appliquée en entrce dans le montage, en traits interrompus l'amplitude maximale théorique aux bornes de la charge - qui se déduit de la courbe précédente par une réduction dans le rapport RU/(RP+RU), et en traits gras la tension de sortie. Dans un tel montage, il est connu que l'ondulation de la tension de sortie US est directement lice au courant 18438doc- lOa",ât2001 - 17/30 absorbé par la charge disposée en parallèle sur le condensateur. La mesure précise d'une telle ondulation suffit à connaItre ce courant, soit par calcul, soit à partir d'une courbe d'étalonnage. Cependant, cette mesure nécessite de connaître à la fois le point
haut et le point bas de la tension US, représentés par leur tangente sur la figure 6.
Ceci impose un échantillonnage permanent de la tension de sortie, afin de déterminer
les points hauts et bas de la tension de sortie.
A l'inverse, comme expliqué en référence à la figure 2, la tension de commande de l'élément de commutation dans le montage des figures 1, 3 ou 4, présente des fronts montants dans une position temporelle fixe par rapport à l'annulation de la tension, et des fronts descendants dont la position est représentative de la consommation en aval du convertisseur. Il est donc possible, par la mesure des instants de commutation de l'élément de commutation, de déterminer la
consommation en aval du convertisseur.
Les figures 7 et 8 montrent des vues schématiques de microcontrôleurs susceptibles d'être utilisés selon 1'invention dans son exploitation à la mesure du courant débité vers l'aval; la figure 7 montre un microcontrôleur, qui reçoit en entrce la tension de commande Uc représentée à la figure 2. Le microcontrôleur est montré de sorte à mesurer la durce pendant laquelle cette tension de commande est à un niveau haut. Il suffit pour cela de compter les impulsions d'une horloge interne, le compteur étant activé pendant l'état haut de la tension de commande. Comme indiqué en référence à la figure 2, cette durée est représentative de la consommation en aval du convertisseur. Le montage de la figure 7 permet une mesure simple de la consommation, sans qu'il ne soit nécessaire d'échantillonner le signal pour
déterrniner ses minima et ses maxima.
La figure 8 montre un autre montage. Le montage de la figure 8 repose sur la constatation que dans le convertisseur des figures 1, 3 ou 4, les extrema de la tension de sortie sont atteints aux instants de commutation de l'élément de commutation, et que ces instants de commutation sont précisément fournis par les fronts montants et descendants de la tension de commande de l'élément de commutation. Le microcontrôleur de la figure 8 reçoit donc en entrce la tension de commande et la tension de sortie du convertisseur. La tension de sortie est appliquée à une entrée analogique. Dans un premier exemple, la tension de commande Uc active une entrée d' interruption du microcontrôleur. Celui-ci ne mesure alors la tension de sortie que 18438 doc - 10 a0Gt 2001 - 18/30 sur les fronts montants et descendants de la tension de commande. Dans un deuxième exemple, la tension de commande Uc active directement la commande d'échantillonnage sur ses fronts montants et descendants. Dans un cas comme dans l'autre, on évite de devoir échantillonner la tension de sortie constamment pour déterminer ses extrema, et on peut simplement déterminer la consommation en aval
du convertisseur.
Le convertisseur proposé plus haut permet donc de mesurer plus simplement la
consommation, sans nécessiter un échantillonnage complet.
On décrit en référence aux figures 9 et sui vantes des méthodes d' explo i tati on par 1'aval applicables à des dispositifs tels des actionneurs alimentés par des convertisseurs décrits aux figures 1, 3 et 4. Ces méthodes permettent la transmission d'information depuis les dispositifs. Dans ce cas, on suppose un ou plusieurs convertisseurs du type décrit plus haut, qui est raccordé ou sont raccordés à une même ligne d'alimentation sur le secteur alternatif. Le problème, tel qu'il est exposé plus haut, est de transmettre un signal depuis 1'un des convertisseurs vers 1'amont, par exemple vers le tableau électrique de branchement de la ligne d'alimentation. Les actionneurs utilisant un convertisseur selon l'invention sont par exemple des moteurs comportant une électronique de commande alimentée par le convertisseur. On utilise aussi dans la suite les termes charge ou actionneur pour désigner le dispositif qui est
alimenté par la tension de sortie du convertisseur.
La solution proposoe ici repose sur la constatation que le courant d'entrce du convertisseur, représenté à la figure 2, présente des fronts montants et descendants coincidant avec les fronts montants et descendants du signal de commande; la position temporelle de ces fronts du courant est donc représentative aussi de la consommation d'un dispositif alimenté par le convertisseur. Une variation de consommation peut ainsi être détectée en amont, par une simple mesure du courant
d'alimentation du convertisseur.
Au repos, chaque dispositif consomme un courant et provoque donc un courant de ligne dont l'allure est représentée à la figure 5 de Lewis, ou encore à la figure 2 de la demande EP-A-0.763.878 (Helfrich 1995). Ce courant se présente sous forme d'une succession d'impulsions - 2 ou 4 sur une période du secteur, en fonction d'un
redressement simple ou double alternance.
18438dx- lOait2001 - 1930 Comme expliqué plus haut, pour les convertisseurs à deux seuils du genre décrit aux figures 1, 3 et 4, la durce de 1'impulsion (ou de la double impulsion) la même que celle de la tension de commande. Cette durce est directement lice à la
consommation du convertisseur et de sa charge associée.
Dans le cas de dispositifs sur double alternance redressée, on obtiendra pour l'état de repos une première forme d'onde iLI du courant de ligne, et une deuxième forme iL2 de ce courant à 1'état actif, comme représenté à la figure 2. La surconsommation peut étre due par exemple au fait que le dispositif alimente alors une bobine relais permettant l'alimentation du moteur de l'actionneur. Il est possible de déterminer à distance la consommation, à partir de 1'allure des impulsions. On peut mesurer la durce de chaque impulsion; il est aussi possible, du fait que chaque impulsion commence en une position temporelle déterminée, d'effectuer une mesure de la différence de temps entre impulsions consécutives. On mesure alors la différence entre le front descendant d'une impulsion et le front montant de l'impulsion suivante. Dans l'exemple de la figure 2, on obtient une durée Tl = t3 - t2 pour une première consommation, et une durce T2 = t7 - t8 pour une deuxième consommation. I1 faut noter que, si le dispositif d'alimentation contrôle un moteur, le courant de ligne total correspond alors à la superposition du courant iL2 et du
courant iM, cette fois sinusoïdal, absorbé par le moteur.
Il est donc clairement possible, à partir de la mesure du courant alimentant un convertisseur et le dispositif correspondant, de déterminer la consommation du dispositif. Ceci permet une transmission d'information, en agissant sur la consommation du dispositif pour faire varier le courant d'alimentation des convertisseurs. Il est donc possible de transmettre une information depuis un dispositif alimenté par un convertisseur, vers un point quelconque de la ligne
d'alimentation en courant alternatif du convertisseur.
A titre d'exemple, on peut détecter une alarme ou un défaut du dispositif alimenté par le convertisseur. I1 suffit pour cela que la consommation du dispositif varie en cas d'alarme ou de défaut. On peut par exemple prévoir que le dispositif est programmé pour alimenter un élément passif en cas d'alarme ou de défaut, ou plus généralement d'information à transmettre. La variation de durée correspondante entre les impulsions du courant alimentant le convertisseur permet de détecter à distance l'alarme, ou le défaut. On détecte dans ce cas une surconsommation, i.e. une 18438.tbc 10 août 2001 - 20/30 augmentation de la durée des impulsions, ou une réductions de la durée séparant des
impulsions. On pourrait aussi décider de diminuer la consommation -
volontairement, ou simplement du fait de la mise hors circuit du dispositif- ce qui aurait pour effet de diminuer la durée d'une impulsion, ou d'augmenter la durée entre deux impulsions successives. Le procédé fonctionne aussi en présence d'une pluralité de convertisseurs et de dispositifs associés, alimentés sur une même ligne, en parallèle. Les convertisseurs et les dispositifs sont identiques, ou à tout le moins, présentent des durces d'impulsions identiques. On suppose que les dispositifs sont au repos, i.e. dans l'état o la durée entre les impulsions vaut T1. Comme expliqué plus haut, il serait aussi possible de considérer la durée des impulsions; dans la suite on considère à titre d'exemple la durée entre les impulsions. La superposition des courants de repos de l' ensemble des dispositifs donne naissance à un courant résultant impulsionnel de plus forte amplitude - l'amplitude étant donnée par la somme des amplitudes - mais toujours
caractérisé par la durée T1.
La figure 9 montre un graphe partiel du courant de ligne alimentant un convertisseur; dans un premier état de fonctionnement, caractérisé par une durce T1 entre deux impulsions. On n'a représenté à la figure que la fin d'une impulsion et le début de l'impulsion suivante. La figure 10 montre un graphe du courant de ligne alimentant trois convertisseurs identiques, tous dans le même premier état de fonctionnement. Comme indiqué plus haut, la durce entre deux impulsions est
touj ours T 1.
Maintenant on suppose que la détection d'une alarme ou d'un défaut, ou d' acquisition, est réalisée par un des dispositifs. Ce dernier est par exemple programmé pour alimenter un élément passif, entraînant une surconsommation caractérisoe par une durée T3 entre deux impulsions, avec T3 < T1, selon la convention de mesure adoptée. On mesure alors sur la ligne d'alimentation un
courant présentant l'allure représentée à la figure 11.
Il est possible de prendre une durée T3 égale à la durée T2 correspondant à une autre mode de fonctionnement, de même qu'il peut être préDéré deux valeurs distinctes. Si on prend une durée T3 = T2, on ne peut faire la différence entre la mise en marche d'une dispositif- qui entraîne une surconsommation et une réduction de la durce à T2 - et une alarme, qui a le même effet. Si les deux durées sont distinctes, on IE438 doc -10 ao 2001 - 21/30 peut différencier une mise en marche d'un dispositif et une alarme générée par ce dispositif. On comprend qu'il est généralement possible de détecter une variation de consommation - et que cette variation peut prendre différentes valeurs selon les nécessités. On pourrait par exemple générer différentes surconsommations à l'aide de S différents éléments passifs, en connectant à la sortie du convertisseur un ou plusieurs de ces éléments. Ceci n'est qu'un exemple de code permettant une transmission d'information depuis un dispositif alimenté par le convertisseur, à travers la ligne d'alimentation du convertisseur. On peut choisir des surconsommations différentes pour les dispositifs alimentés par les différents convertisseurs; ceci permettrait d'identifier, dans le cas d'une transmission d'information par un dispositif, celui des dispositifs qui a transmis l'information, par une simple mesure de la durée séparant les impulsions. Il serait aussi possible de détecter une alarme simultance sur
différents convertisseurs, le cas échéant par une analyse de la forme des impulsions.
En amont, il suffit d'utiliser pour la détection un détecteur de largeur d'impulsions, ou un détecteur du temps séparant les impulsions. Un tel détecteur est placé en amont, sur la ligne commune. Ce détecteur peut être conçu pour être activé dès que le courant dépasse un seuil donné, inférieur à l'amplitude des impulsions produites par un seul des dispositifs au repos. La mesure du temps peut être effectuée par un microcontrôleur. S'il y a lieu, une synchronisation sur le secteur ôte toute ambiguïté, cette synchronisation est d'autant plus simple que le front montant d'une
impulsion est à un instant connu de la sinusoïde du secteur.
La réalisation du détecteur fait appel à des techniques connues. La figure 12 montre un exemple de détecteur. Celui-ci comprend un optocoupleur 50, de gain suffisant pour travailler en saturation lorsque un seul desdispositifs est alimenté, avec sa consommation de repos. Des diodes 52, 54, 56 placées en parallèle sur la LED de l'optocoupleur permettent de dériver le courant quand il dépasse ce que peut supporter la LED. La tension mesurce aux bornes de l'optocoupleur fournit un signal
représentatif du courant.
Le capteur de courant peut tout aussi bien être un transformateur d'impulsions, ou tout dispositif susceptible d'éliminer la composante 50 (60) Hz ou 100 (120) Hz, mettant en valeur les fronts raides de début et fin d'impulsions. I1 devient alors
possible de détecter une information, bien que superposée au courant d'alimentation.
1 8438 doc 1 0 août 200 1 - 22/30 Cette situation est ici d'autant plus avantageuse que le principe de l'alimentation situe les pointes de courant au voisinage du passage à zéro du courant
principal, ce qui est favorable à la mesure.
L' électronique de détection d' alarme ou de défaut compare la durce T mesurce à un seuil TA fixé entre les valeurs Tl et T3. La durce Tl peut être acquise par apprentissage. Le seuil de discrimination d'une alarme, TA s'en déduit par un
décalage donné.
Dans une phase de configuration de produits, le retour d'état peut également
être codé par une succession d'états distincts Tl, T3.
De ce point de vue, il est clair que la deuxième forme de réalisation, à détection temporelle, présente des avantages significatifs. De plus, il faut noter que cette forme permet de discriminer nettement un état de consommation entraînant une
durce T3 (alarme) différente de Tl (repos) et T2 (activation moteurs).
Dans ces conditions, la détection de défaut peut-être active en permanence, sans qu'il soit nécessaire de la valider par un mode de mise sous alarme ou de
détection de commande générale.
Enfin, la deuxième forme de réalisation se prête plus facilement à un codage
transmettant une succession d'informations binaires, comme décrit dans Pezzolo.
Bien entendu, I'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation donnés plus haut. Ainsi, le condensateur de charge peut être réalisé de différentes fa$ons, et comprendre par exemple plusieurs composants discrets. Fonctionnellement, il s'agit d'un condensateur, et il est donc désigné comme tel. De même, I'élément de limitation du courant peut tout aussi bien comporter un ou plusieurs bobinages avec un ou plusieurs noyaux de fer. Dans les exemples, les bornes du condensateur 2 5 constituent les bornes de sortie du converti sseur; ri en n'empêche de p révo ir d' autres éléments en parallèle ou en série avec le condensateur, dès lors que la tension de
sortie provient de la décharge du condensateur.
Il est indiqué plus haut que la mise en conduction de l'élément de commutation dépend "exclusivement" de la tension amont, ou tension d'entrée, ou tension d'entrée redressée. Il est aussi indiqué que la mise hors conduction dépend "exclusivement" de la tension aval, ou tension de sortie, ou tension aux bornes du condensateur; dans un cas comme dans l'autre, il s'agit en fait d'un abus de langage: la mise en conduction comme la mise hors conduction peuvent dépendre d'autres facteurs - par 18438 dtX - 10 août 2001.23130 exemple des tensions de réLérence V1 et V2 dans le montage de la figure 1, des valeurs des résistances formant le diviseur de tension, ou d'autres facteurs. Il faut donc comprendre le terme "exclusivement" en ce que la mise en conduction dépend de la tension amont, sans être fonction de la tension aval, et que la mise hors conduction dépend de la tension aval, sans être fonction de la tension amont. Dans le montage des figures 1, 3 et 4, le limiteur de courant est disposé en amont du montage série de l'élément de commutation et du condensateur, et en amont de 1'entrce du circuit de commande. Cette position est sans incidence sur le fonctionnement du limiteur de courant. De fait, la fonction de limitation de courant est assurée dès lors que le limiteur de courant est en série avec 1'élément de commutation et le condensateur. Cette position est aussi sans incidence sur la mise en conduction: on pourrait mesurer la tension commandant la mise en conduction aux bornes du montage série du limiteur de courant, de l'élément de commatation et du condensateur, sans que ceci ne change le fonctionnement du dispositif général décrit à la figure 1; en effet, lorsque 1'élément de commutation n'est pas en conduction, la tension aux bornes du limiteur de tension est nulle. On pourrait donc disposer le limiteur de tension, ou une partie de celui-ci entre la borne d'entrée du
circuit de commande et l'élément de commutation.
Toutefois, la position proposée du limiteur de tension a l'avantage d'assurer dans le montage de la figure 4 1'effet cumulatif décrit plus haut. On ne bénéficie pas de cet effet cumulatif si le limiteur de tension ou une partie de celui-ci est disposoe
entre l'entrce du circuit de commande et l'élément de commutation.
Le convertisseur des figures 1, 3 et 4 permet une mesure simple de la consommation, ainsi qu'une transmission simple d'information le long de la ligne d'alimentation des convertisseurs. Cette mesure et cette transmission pourraient aussi être mis en _uvre avec des convertisseurs du type de l'état de la technique. Leur mise en _uvre serait rendue plus complexe, dans la mesure o ces convertisseurs de l'état de la technique ne présentent pas comme ceux décrits plus haut une mise en
conduction à un instant précis et connu à l'avance.
La description donnée en référence aux figures 9 et suivantes dans 1'exemple
d'un redressement double alternance s'applique aussi à l'exemple d'un redressement
simple alternance.
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Claims (25)
1. Un convertisseur de tension avec des bornes d'entrce, - un montage série entre les bornes d'entrée, le montage série comprenant un élément de commutation (4) et un condensateur (6), la décharge du condensateur fournissant la tension de sortie du convertisseur, - un circuit de commande (8, 20) de 1'élément de commutation commandant la mise en conduction de l'élément de commutation en fonction exclusivement de la tension d'entrée et commandant la mise hors conduction de l'élément de commutation
exclusivement en fonction de la tension de sortie.
2. Le convertisseur de la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande commande la mise en conduction de l'élément de commutation lorsque la
tension d'entrce est inférieure à un premier seuil (V 1).
3. Le convertisseur de la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de commande commande la mise hors conduction de 1'élément de commutation lorsque
la tension de sortie est supérieure à un deuxième seuil (V2).
4. Le convertisseur de la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend
un redresseur simple ou double alternance dont la sortie alimente le montage série.
5. Le convertisseur de l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par un élément
limiteur de courant, notamment résistif ou inductif, monté en série avec le dit
montage série.
6. Le convertisseur de l'une des revendication I à 5, caractérisé en ce que 1'élément de commutation comporte une borne d'entrée (D), une bome de sortie (S) et une bome de commande (G), la tension de commande fournie par le circuit de commande (8, 20) étant appliquce entre la borne de commande (G) et la borne de sortie (S), et en ce que l'élément de commutation présente un seuil de conduction sensiblement constant (VT) entre les bornes de commande (G) et de sortie (S), l'élément de commutation devenant conducteur entre (D) et (S) lorsque ce seuil de conduction
(VT) est atteint.
18438doc lOaoût2001-25/30
7. Le convertisseur de l'une des revendications l à 6, caractérisé en ce que 1'élément
de commutation est un transistor MOS.
8. Le convertisseur de la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le circuit de commande (20) présente une seule entrée relice à une borne du montage série, une sortie relice à la borne de commande de l'élément de commutation et une masse
relice à l'autre borne du montage série.
9. Le convertisseur de la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit de commande comprend - une source de tension (22), pilotée par l'entrée, délivrant une tension restant pratiquement constante tant que la tension d'entrée est supérieure à un premier seuil, et diminuant dans le cas contraire, - un deuxième condensateur (24), dont une borne est reliée à la masse du circuit de commande, et - un inverseur commandé (26), dont la rotule est relice à 1'autre borne du deuxième condensateur et qui relie sélectivement le deuxième condensateur (24) soit à la source de tension (22) dans une première position, soit à la sortie du circuit de
commande dans une deuxième position.
10. Le convertisseur de la revendication 9, caractérisé en ce que 1'inverseur commandé bascule de la première à la deuxième position lorsque la tension délivrce
par la source de tension diminue.
11. Le convertisseur de la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que 1'inverseur commandé bascule de la deuxième à la première position lorsque la tension de sortie
est supérieure à un deuxième seuil.
12. Le convertisseur de la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que 1'inverseur commandé bascule de la deuxième à la première position lorsque 1'écart entre la tension de sortie du circuit de commande et la tension de sortie du convertisseur
devient inférieur au seuil (VT) de l'élément de commutation.
18438 doc - 10 août 2001 - 26/30
13. Le convertisseur de l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le
l'inverseur commandé (26) comprend - une diode (34) entre la source de tension (22) et le deuxième condensateur (26), - un deuxième transistor(36) de type bipolaire, dont 1'émetteur est relié au deuxième condensateur (26) et le collecteur est relice à la sortie du circuit de commande, et
- une résistance (38) entre la source de tension et la base du deuxième transistor.
14. Le convertisseur de la revendication 13, caractérisé en ce que la source de tension (22) comprend une diode Zener (32) entre la masse et la borne de la diode (34) qui n'est pas relice au deuxième condensateur (26) et en ce que la diode Zener est - reliée à 1'entrce du circuit de commande à travers une résistance (28), et - mise en parallèle avec une autre résistance (40)
15. Le convertisseur de l'une des revendications I à 15, caractérisé par des moyens
de mesure de la position temporelle d'au moins un front descendant de la tension de
commande appliquée à l'élément de commutation.
16. Le convertisseur de l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par des moyens
de mesure de la valeur de la tension de sortie, les moyens de mesure étant
commandés par la tension de commande appliquée à l'élément de commutation.
17. Une combinaison d'un convertisseur selon l'une des revendications 1 à 16 et
d'une charge alimentée en tension par la tension de sortie du convertisseur.
18. La combinaison de la revendication 17, caractérisée en ce que la charge présente
des moyens pour générer une surconsommation.
19. La combinaison de la revendication 17, caractérisé en ce que la charge présente
au moins un élément passif sélectivement alimenté par la tension de sortie.
20. Un ensemble présentant: - un détecteur de largeur d'impulsions de courant ou un détecteur du temps séparant des impulsions de courant;
- au moins une combinaison selon la revendication 17, 18 ou 19.
18438 dtx - 10 ttoût 2001 27/30
21. Un procédé de transmission d'information entre au moins une combinaison selon la revendication 17, 18 ou 19 et un détecteur disposé sur une ligne d'alimentation électrique du convertisseur de la ou des combinaisons, comprenant: - la variation de la consommation de la charge d'une combinaison; S - la détection par le détecteur d'une variation de la position temporelle d'au moins une
impulsion de courant.
22. Le procédé de la revendication 21, caractérisé en ce que 1'étape de détection comprend la détection par le détecteur d'une variation de la largeur temporelle d'au
moins une impulsion de courant.
lO
23. Le procédé de la revendication 21, caractérisé en ce que 1'étape de détection comprend la détection par le détecteur d'une variation du temps entre le front
descendant d'une impulsion et le front montant de l'impulsion suivante.
24. Le procédé de la revendication 21, 22 ou 23, caractérisé en ce que 1'information
est une alarme.
25. Le procédé de la revendication 21, 22 ou 23, caractérisé en ce que 1'information
est le fonctionnement normal d'une charge.
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