FR2935566A1

FR2935566A1 - DEVICE FOR VARYING THE ELECTRICAL POWER TO BE APPLIED TO A LOAD

Info

Publication number: FR2935566A1
Application number: FR0804807A
Authority: FR
Inventors: Guy Jamoulle
Original assignee: ADB
Current assignee: ADB
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-05
Anticipated expiration: 2028-09-02
Also published as: EP2327144A1; WO2010026060A1; FR2935566B1

Abstract

Ce dispositif pour faire varier la puissance électrique à appliquer à une charge comporte : - deux premiers accès (10, 11) pour se connecter à une source de puissance électrique (15), - deux deuxièmes accès (20, 21) auxquels se connecte la charge (18), - un système de commutation série (27) relié à un desdits premiers accès (10) muni d'une commande de commutation (35), - un système de commutation parallèle (30) relié en sortie du système de commutation série (27) et à l'autre premier accès (11), - un générateur de commande d'ouverture/fermeture (40) pour commander la coupure/l'ouverture desdits systèmes de commutation (27,30). Les commandes de commutation (35, 36) desdits systèmes de commutation (27,30) sont reliées audit générateur de commande (40) et donc lesdits systèmes passent à l'état de conduction et de blocage en synchronisme. Application à l'éclairage de scène de spectacle.This device for varying the electric power to be applied to a load comprises: - first two accesses (10, 11) to connect to a power source (15), - two second accesses (20, 21) to which the connection is connected. load (18), - a serial switching system (27) connected to one of said first ports (10) provided with a switching control (35), - a parallel switching system (30) connected to the output of the switching system series (27) and at the other first port (11), - an open / close command generator (40) for controlling the breaking / opening of said switching systems (27,30). The switching commands (35, 36) of said switching systems (27, 30) are connected to said control generator (40) and thus said systems switch to the conduction and blocking state in synchronism. Application to show stage lighting.

Description

Dispositif de variation de la puissance électrique à appliquer à une charge. La présente invention concerne un dispositif de variation de la puissance électrique pour faire varier la puissance électrique à appliquer à une charge, dispositif comportant : - deux premiers accès pour se connecter à une source de puissance électrique, - de deux deuxièmes accès auxquels se connecte la charge, - un système de commutation série relié à un desdits premiers accès muni d'une commande de commutation, - un système de commutation parallèle relié en sortie du système de commutation série et à l'autre premier accès, un générateur de commande d'ouverture/fermeture pour commander la coupure/l'ouverture desdits systèmes de commutation, Les dispositifs de ce genre trouvent d'importantes applications. Notamment dans le domaine de l'éclairage de scènes de spectacle. Des exigences surgissent en ce qui concerne le bruit que font les projecteurs. On souhaite que ce bruit soit réduit dans la plus large mesure possible afin que les spectateurs ne soient pas distraits par ces bruits intempestifs. Un tel dispositif est décrit dans le document de brevet du Canada 2 107 490 et aussi dans le document de brevet PCT WO 99/38248. Pour remédier aux impulsions qui surgissent à haut niveau, il est proposé des systèmes de commutation présentant plusieurs pôles de commutation qui peuvent être considérés comme étant trop nombreux. Ceci amène à une commande plutôt compliquée et des problèmes pour gérer leur synchronisme. Tout ceci crée des coûts élevés de ces dispositifs. Il est à noter que dans le document de brevet PCT WO 99/38248, les deux étages parallèles, qui alimentent la charge, sont synchronisés sur le courant qui traverse cette charge présentant souvent des comportements variables. La synchronisation en est altérée ce qui peut être dangereux pour le dispositif. L'invention propose un dispositif du genre mentionné dans le préambule qui ne présente pas les inconvénients de complications précités. Device for varying the electric power to be applied to a load. The present invention relates to a device for varying the electrical power to vary the electrical power to be applied to a load, a device comprising: - two first accesses to connect to a source of electrical power, - two second accesses to which the connection is connected. charge, - a serial switching system connected to one of said first ports provided with a switching command, - a parallel switching system connected at the output of the serial switching system and at the other first access, a control generator of opening / closing to control the breaking / opening of said switching systems, devices of this kind find important applications. Especially in the field of stage lighting. Requirements arise with regard to the noise that the projectors make. It is hoped that this noise will be reduced to the greatest extent possible so that the spectators are not distracted by these untimely noises. Such a device is described in Canadian Patent Specification 2,107,490 and also in PCT Patent Document WO 99/38248. In order to remedy the impulses which arise at high level, it is proposed switching systems having a plurality of switching poles which can be considered to be too numerous. This leads to a rather complicated order and problems to manage their synchronism. All of this creates high costs for these devices. It should be noted that in PCT patent document WO 99/38248, the two parallel stages, which supply the load, are synchronized with the current flowing through this load, which often exhibits variable behavior. The timing is impaired which can be dangerous for the device. The invention proposes a device of the type mentioned in the preamble which does not have the disadvantages of the above-mentioned complications.

Conformément à l'invention, le dispositif selon le préambule est remarquable en ce que les commandes de commutation sont reliées directement au générateur d'impulsions. Grâce à cette mesure préconisée par l'invention il est possible d'agir à grande vitesse (de l'ordre de 25 KHz) sur les commandes de commutation, ce qui provoque un bruit inaudible. Selon une caractéristique importante de l'invention, le dispositif mentionné dans le préambule est remarquable en ce qu'il comporte un circuit d'anticollision formé d'une inductance shuntée par une diode dans le trajet comprenant le transistor- interrupteur faisant partie du système de commutation série pour éviter l'enclenchement simultané desdits systèmes de commutation. On obtient ainsi l'avantage que l'on crée une protection des circuits lors des enclenchements simultanés des systèmes de commutation. La description suivante accompagnée des dessins ci-annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Dans les dessins, les figures représentent : la figure 1 montre un dispositif de variation de puissance électrique conforme à l'invention, les figures 2 et 3 sont des schémas explicitant le fonctionnement du dispositif de l'invention. Le dispositif 1 montré à la figure 1, comporte des bornes 10 et 11 sur lesquelles est connectée une source de puissance électrique 15. Une charge 18, par exemple un projecteur de salle de spectacle, est connectée aux bornes de sortie 20 et 21 de ce dispositif 1. Entre la borne 10 et la borne 20, est relié, via une bobine d'induction 25, un premier système de commutations 27 dit système de commutation série. Un autre système de commutation 30, dit système de commutation parallèle, est relié à la sortie du premier système de commutation. Les bornes 11 et 21 constituent la tension de référence pour le dispositif 1. Il est prévu également un condensateur de filtrage 32 aux bornes de sortie 20 et 21. Les systèmes de commutations 27 et 30 sont munis respectivement d'une commande d'ouverture/fermeture 35 et 36. Pour faire varier l'énergie à appliquer à la charge 18, il suffit de faire varier les temps d'ouverture et de fermeture des systèmes de commutations 27 et 30. Pour cela on According to the invention, the device according to the preamble is remarkable in that the switching commands are connected directly to the pulse generator. Thanks to this measurement recommended by the invention it is possible to act at high speed (of the order of 25 KHz) on the switching commands, which causes an inaudible noise. According to an important characteristic of the invention, the device mentioned in the preamble is remarkable in that it comprises an anticollision circuit formed of an inductance shunted by a diode in the path comprising the transistor-switch forming part of the control system. serial switching to prevent simultaneous engagement of said switching systems. The advantage is thus obtained that circuit protection is created during simultaneous switching on of the switching systems. The following description accompanied by the accompanying drawings, all given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be realized. In the drawings, the figures show: FIG. 1 shows a device for variation of electrical power according to the invention, FIGS. 2 and 3 are diagrams explaining the operation of the device of the invention. The device 1 shown in FIG. 1 comprises terminals 10 and 11 to which is connected an electric power source 15. A load 18, for example a theater projector, is connected to the output terminals 20 and 21 of this device 1. Between the terminal 10 and the terminal 20, is connected, via an induction coil 25, a first switching system 27 said series switching system. Another switching system 30, called parallel switching system, is connected to the output of the first switching system. The terminals 11 and 21 constitute the reference voltage for the device 1. There is also provided a filter capacitor 32 at the output terminals 20 and 21. The switching systems 27 and 30 are respectively provided with an opening command. closing 35 and 36. To vary the energy to be applied to the load 18, it suffices to vary the opening and closing times of the switching systems 27 and 30.

utilise un générateur d'impulsions à largeur variable 40 manoeuvrable par l'utilisateur. La sortie de ce générateur est reliée directement à la commande 35 et à la commande 36 via un inverseur 45. Ainsi quand un système de commutation est ouvert l'autre est fermé et réciproquement. uses a user-adjustable variable width pulse generator 40. The output of this generator is connected directly to the control 35 and the control 36 via an inverter 45. Thus when one switching system is open the other is closed and vice versa.

Le premier système de commutation 27 est formé d'un pont à diodes comportant les diodes 61, 62, 63 et 64. L'anode de la diode 61 est connectée à la cathode de la diode 64. De même l'anode de la diode 62 est reliée à la cathode de la diode 63. Les cathodes des diodes 61 et 62 sont connectées aux anodes des diodes 63 et 64 via un dispositif interrupteur 81 formé de préférence par un transistor de type MOSFET dont la grille constitue la commande 35. L'anode et la cathode des diodes 61 et 64 respectivement sont connectées à la borne 10. L'anode de la diode 62 et la cathode 63 sont connectées, d'une part, à l'inductance 25 et, d'autre part, au deuxième système de commutation 30. Ce second système de commutation 30 est formé aussi d'un pont à diodes comportant les diodes 71, 72, 73 et 74. Les anodes des diodes 71 et 74 sont interconnectées et les cathodes des diodes 72 et 73 sont aussi interconnectées. Ces points d'interconnexions sont reliés entre eux via un dispositif interrupteur 82 constitué, lui aussi, par un transistor de type MOSFET de préférence. L'anode de la diode 72 et la cathode de la diode 71 sont reliées à la sortie du premier système de commutation 27, tandis que l'anode de la diode 73 et la cathode de la diode 74 sont reliées aux bornes 11 et 21. Le dispositif 1 fonctionne de la manière suivante. On se reporte aux figures 2 et 3 qui montrent d'une façon schématique le dispositif de l'invention. Les éléments communs avec ceux explicités à la figure 1 portent les mêmes références. La figure 2 montre le cas où le système de commutation 27 est fermé et le système de commutation 30 est ouvert. Dans ce cas la source de tension branchée aux bornes 10 et 11 fournit de l'énergie à l'inductance 25, au condensateur 32 et à la charge 18. Ceci est montré par les flèches F1 et F2. La figure 3 montre le cas où le système de commutation 27 est ouvert et le système de commutation 30 est fermé. Dans ce cas, la source de tension ne fournit The first switching system 27 is formed of a diode bridge comprising the diodes 61, 62, 63 and 64. The anode of the diode 61 is connected to the cathode of the diode 64. Similarly the anode of the diode 62 is connected to the cathode of the diode 63. The cathodes of the diodes 61 and 62 are connected to the anodes of the diodes 63 and 64 via a switching device 81 preferably formed by a MOSFET transistor whose gate constitutes the control 35. L anode and the cathode of the diodes 61 and 64 respectively are connected to the terminal 10. The anode of the diode 62 and the cathode 63 are connected, on the one hand, to the inductor 25 and, on the other hand, to the second switching system 30. This second switching system 30 is also formed of a diode bridge comprising the diodes 71, 72, 73 and 74. The anodes of the diodes 71 and 74 are interconnected and the cathodes of the diodes 72 and 73 are also interconnected. These interconnection points are interconnected via a switch device 82 also constituted by a MOSFET type transistor. The anode of the diode 72 and the cathode of the diode 71 are connected to the output of the first switching system 27, while the anode of the diode 73 and the cathode of the diode 74 are connected to the terminals 11 and 21. The device 1 operates in the following manner. Referring to Figures 2 and 3 which show schematically the device of the invention. The elements common with those explained in Figure 1 have the same references. Figure 2 shows the case where the switching system 27 is closed and the switching system 30 is open. In this case, the voltage source connected to the terminals 10 and 11 supplies energy to the inductor 25, the capacitor 32 and the load 18. This is shown by the arrows F1 and F2. Figure 3 shows the case where the switching system 27 is open and the switching system 30 is closed. In this case, the voltage source does not provide

plus d'énergie à la charge et l'énergie accumulée notamment par l'inductance 25 et le condensateur 32 vont continuer d'alimenter la charge 18 (flèches F3 et F4) ; le système de commutation 30 en position fermée va fournir un trajet pour l'écoulement des énergies emmagasinées. more energy to the load and energy accumulated in particular by the inductor 25 and the capacitor 32 will continue to feed the load 18 (arrows F3 and F4); the switching system 30 in the closed position will provide a path for the flow of stored energies.

On notera que les deux systèmes de commutation fonctionnent en synchronisme, ceci apporte une grande simplification des circuits. Le dispositif s'adapte à toutes sortes de tension fournies par des sources de puissance 15 alternative ou continue. Le générateur d'impulsions 40 détermine la tension de sortie qui peut être aussi alternative en fonction du gabarit des impulsions fournies. Une caractéristique importante de l'invention consiste à placer un circuit anticollision formé d'une inductance 90 shuntée par une diode 91 dans le trajet comprenant le dispositif-interrupteur 81 (voir fig.1). L'inductance 90 garantit la non saturation pendant 200 ns. Elle freine la montée du courant pendant la commutation. Note that the two switching systems operate in synchronism, this brings a great simplification of the circuits. The device adapts to all kinds of voltage provided by AC or DC power sources. The pulse generator 40 determines the output voltage which can be as alternative depending on the template of the pulses provided. An important feature of the invention consists in placing an anticollision circuit formed of an inductance 90 shunted by a diode 91 in the path comprising the switch device 81 (see FIG. Inductance 90 guarantees unsaturation for 200 ns. It brakes the rise of the current during switching.

La diode 91 récupère l'énergie de l'inductance 90 lorsque le dispositif interrupteur 81 est en position ouverte. On notera aussi dans ce même trajet la présence d'une résistance 95 qui permet d'avoir une indication sur le courant qui traverse le dispositif 1 et de là qui traverse la charge 18. The diode 91 recovers the energy of the inductor 90 when the switch device 81 is in the open position. Note also in the same path the presence of a resistor 95 which provides an indication of the current flowing through the device 1 and from there through the load 18.

Il est à remarquer qu'aucun système de régulation de la tension de sortie n'a été prévu dû au fait de la grande stabilité qu'offre le dispositif de l'invention Le circuit utilise seulement deux pôles de commutation et est donc plus simple et économique. On notera les spécificités de l'invention suivantes : - Les composants (pôles de commutation) sont utilisés pendant les deux demi- alternances, ce qui garantit les mêmes caractéristiques de commutation pendant ces deux demi-alternances, et il n'y a donc pas création de composantes continues. Ceci est un avantage par rapport à une topologie à 3 pôles de commutation de l'art antérieur dans laquelle les pôles utilisés diffèrent dans les deux demi-alternances. Il y a donc forcément création de composantes continues. - La charge est alternativement connectée à deux impédances faibles au travers des systèmes de commutation 27 et 30. Cette connexion à des impédances faibles est donc répétitive, indépendante de l'entrée et de sa polarité et permanente. Il n'est donc It should be noted that no system for regulating the output voltage has been provided due to the great stability offered by the device of the invention. The circuit uses only two switching poles and is therefore simpler and simpler. economic. The following specificities of the invention will be noted: - The components (switching poles) are used during the two half-cycles, which guarantees the same switching characteristics during these two half-cycles, and therefore there is no creation of continuous components. This is an advantage over a 3-pole switching topology of the prior art in which the poles used differ in the two half-cycles. There is therefore necessarily creation of continuous components. - The load is alternately connected to two weak impedances through the switching systems 27 and 30. This connection to low impedances is therefore repetitive, independent of the input and its polarity and permanent. It is therefore not

pas nécessaire de détecter l'instant de passage par zéro du courant dans la charge (économie) ce qui rend la gradation indépendante du type de charge connectée - Il n'est donc pas nécessaire non plus de faire usage de plages mortes pendant le passage par zéro: la tension fournie à la charge est exempte de déformations autour du passage par zéro. - L'usage de MOSFET diminue la dissipation par rapport aux transistors bipolaires à grille isolée (IGBT, de l'anglais Insulated Gate Bipolar Transistor) usuellement utilisé dans l'art antérieur pour ce le genre d'application aux gradateurs de forte puissance.. - Le circuit anticollision (90, 91) de l'étage haut (système de commutation 27) protège le circuit lors des collisions (enclenchement simultané) entre étages des systèmes de commutation. - La symétrie des deux étages permet à l'étage bas (système de commutation 30) d'absorber l'énergie résiduelle de la charge reçue par l'étage haut, sans protections supplémentaires. It is not necessary to detect the moment of zero crossing of the current in the load (economy) which makes the gradation independent of the type of load connected - It is therefore not necessary either to use dead ranges during the passage through zero: the voltage supplied to the load is free of deformations around the zero crossing. The use of MOSFETs decreases the dissipation with respect to insulated gate bipolar transistors (IGBTs) usually used in the prior art for this type of application to high power dimmers. - The anti-collision circuit (90, 91) of the high stage (switching system 27) protects the circuit during collisions (simultaneous engagement) between stages of the switching systems. The symmetry of the two stages enables the low stage (switching system 30) to absorb the residual energy of the load received by the high stage, without additional protections.

Claims

CLAIMS. 1 Device for varying the electric power to be applied to a load, device (1) comprising: - two first accesses (10, 11) for connecting to an electric power source (15), - two second accesses (20, 21) connected to the load (18), - a serial switching system (27) connected to one of said first ports (10), provided with a switching control (35), - a parallel switching system (30) connected at the output of the serial switching system (27) and at the other first port (11), provided with a switching command (36), - an opening / closing command generator (40) for controlling the cutoff / opening said switching systems (27, 30), characterized in that the switching commands (35, 36) of said switching systems (27, 30) are connected to said control generator (40).

2- Device for varying the electric power to be applied to a load according to claim 1 for an electric power source (15) providing an alternating voltage, characterized in that said switching systems (27, 30) are formed of diodes (61, 62, 63, 64, 71, 72, 73 and 74) mounted in bridges to pass the alternations of current due to said source and a transistor-switch (81, 82) mounted on a diagonal of the bridge for controlling the conduction of said diodes.

3- Device for varying the electric power to be applied to a load according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises an anti-collision circuit (90, 91) inserted into the series switching system to prevent the simultaneous engagement of said switching systems.

4- Device for varying the electric power to be applied to a load according to claim 1 or 2 or 3, characterized in that an inductor (25) is inserted between the output of the series switching system (27) and the charge (18).

5- Device for varying the electric power to be applied to a load according to one of claims 1 to 4 characterized in that it comprises a filter capacitor (32) connected to said second ports (20, 21).

Device for varying the electric power to be applied to a load according to one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a measuring resistor (95), located in a switching system, for measuring the current flow. in charge.

7- Device for varying the electric power to be applied to a load according to one of claims 3 to 6 characterized in that the anticollision circuit (90-91) is formed of an inductance (90) shunted by a diode (91). ) in the path comprising the switch device (81) forming part of the series switching system (27).