FR2952485A1 - Circuit convertisseur matriciel multi-niveaux multi-tensions, et procede de mise en oeuvre d'un tel circuit - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un circuit convertisseur matriciel à n niveaux par phase comprenant n bras de conversion alimentés respectivement par n niveaux de tensions intermédiaires et reliés en sortie en un point commun générant un courant de sortie. Selon l'invention, ce circuit comprend : - deux bras externes respectivement alimentés par le plus élevé niveau de tension positive et par le plus faible niveau de tension négative, ces deux bras externes comportant chacun un unique transistor IGBT, et - deux transistors IGBT reliés en série par leur émetteur sur chacune des n-2 bras internes.

Description

- 1- " Circuit convertisseur matriciel multi-niveaux multi-tensions, et procédé de mise en oeuvre d'un tel circuit."

La présente invention se rapporte à un circuit convertisseur matriciel à n niveaux par phase comprenant n bras de conversion alimentés respectivement par n niveaux de tensions intermédiaires et reliés en sortie en un point commun générant un courant de sortie. Un tel circuit s'appelle également onduleur multi-niveaux de tension.

D'une façon générale, en électronique de puissance, la technique des onduleurs multi-niveaux propose de nombreuses topologies dont principalement de type NPC pour « Neutral Point Clamped » et MPC pour « Multi Point Clamped ». Leurs caractéristiques principales sont : - l'existence de diodes clamp dans leur architecture; et - sur la forme de tension de sortie, un nombre de niveaux impair pour le NPC et pair pour le MPC. Les onduleurs multiniveaux sont initialement dédiés à la haute tension. De ce fait, par de modifications topologiques, on cherche généralement à augmenter la puissance en générant des tensions plus élevées, et on cherche également à obtenir des signaux de sortie présentant un contenu harmonique réduit.

Les structures classiques NPC et MPC sont schématiquement représentées sur les figures 1 et 2 respectivement. Sur la figure 1, on voit une structure NPC monophasée à trois niveaux ayant pour source une tension continue E alimentant deux condensateurs Cl et C2 de façon à obtenir trois niveaux différents de tension continue : E/2, 0 et -E/2. La tension aux bornes de chaque condensateur Cl et C2 étant égale en valeur absolue à E/2. Les diodes Dl et D2, dites diodes « clamp » permettent de limiter la tension relative à chacune des condensateurs. Par principe, pour un onduleur multiniveaux de type NPC (« Neutral Point Clamped Multilevel Inverter ») à N-niveaux, les équations donnant le nombre des différents composants intervenant dans la topologie sont: - nombre de condensateurs BC = N û 1 ; - nombre de transistors (interrupteurs) NT = 2(N -1) , et 2952485 - 2- - nombre de diodes clamp par phase NDC = 2(N û 2) . Sur la figure 1, les interrupteurs de sortie sont des transistors associés chacun à une diode K1, K2, K3 et K4.

5 Sur la figure 2, on voit une structure monophasée à cinq niveaux. De la même manière, les condensateurs Cl, C2 et C3 permettent d'obtenir quatre tensions différentes à partir d'une source de tension continue E. En sortie, on distingue six interrupteurs (un transistor Ti associé à une diode K;). La sortie A est disposée entre les transistors T3 et T4. La tension la io plus élevée ( à la borne positive du condensateur Cl) alimente le transistor Tl, alors que la tension la plus négative alimente le transistor T6. La tension continue entre les condensateurs Cl et C2 alimente le point d'intersection entre les transistors Tl et T2 via la diode clamp Dl d'une part, et alimente le point d'intersection entre les transistors T4 et T5 via la 15 diode clamp D2 d'une autre part. De la même manière, la tension continue entre les condensateurs C2 et C3 alimente le point d'intersection entre les transistors T2 et T3 via la diode clamp D3 d'une part, et alimente le point d'intersection entre les transistors T5 et T6 via la diode clamp D4 d'une autre part. 20 De tels types d'onduleurs multi-niveaux sont principalement utilisés pour les hautes tensions. En ce qui concerne des systèmes de moyenne et basse tension, on utilise généralement des onduleurs à deux niveaux. De tels systèmes sont par exemple des systèmes embarqués. Dans les éoliennes notamment, pour des machines asynchrones à double 25 alimentation, on utilise des onduleurs à deux niveaux. Leur fréquence de découpage est relativement importante et on constate que le facteur de puissance est généralement dégradé.

On connaît le document US6930899 qui décrit des topologies sans 30 diodes clamp avec des bras ayant une série de deux transistors IGBT reliés par leur collecteur et non par leur émetteur. Le dispositif décrit dans ce document permet de réduire le nombre de composants de façon à améliorer la qualité du signal de sortie. Cependant, ce dispositif comporte encore de nombreux composants ce qui est néfaste à la consommation, à 2952485 - 3- la compatibilité électromagnétique que doivent respecter tout dispositif rayonnant, et la conception d'un tel dispositif reste encore onéreux.

La présente invention a donc pour but un onduleur matriciel mufti-s niveaux pour lequel la consommation est réduite par rapport aux dispositifs de l'art antérieur. Un autre but de l'invention est le développement de nouvelles structures d'onduleurs à N niveaux dédiés à la basse tension. La présente invention a encore pour but une conception rapide et io peu onéreux d'une nouvelle structure d'onduleur à N niveaux.

On atteint au moins l'un des objectifs précités avec un circuit convertisseur matriciel à n niveaux par phase comprenant n bras de conversion alimentés respectivement par n niveaux de tensions 15 intermédiaires et reliés en sortie en un point commun générant un courant de sortie. Selon l'invention, ce circuit convertisseur matriciel comprend : - deux bras externes respectivement alimentés par le plus élevé niveau de tension positive et par le plus faible niveau de tension négative, ces deux bras externes comportant chacun un unique transistor IGBT, et 20 - deux transistors IGBT reliés en série par leur émetteur sur chacune des n-2 bras internes.

Avec ce circuit convertisseur matriciel selon l'invention, on aboutit à une topologie simplifiée où la conduction de courant est assurée par un seul 25 transistor sur un bras externe et par un transistor quatre quadrants sur un bras interne. Les pertes de conduction des interrupteurs sont plus faibles que celles des convertisseurs classiques NPC et MPC. On réduit le nombre d'interrupteurs de puissance utilisés par rapport à des circuits conventionnels de type NPC ou MPC. L'onduleur selon l'invention ne 30 comporte pas de diodes clamp; par diode clamp on entend une diode qui relie un point à potentiel fixe du coté des batteries de condensateurs à un autre point du bras d'onduleur... La présente invention propose une nouvelle structure d'onduleurs à N niveaux dédiés notamment à la basse tension. A titre d'exemple non 35 limitatif, on utilisera de préférence cet onduleur selon l'invention pour N - 4- inférieur ou égal à cinq. On peut travailler avec tous les niveaux intermédiaires de la source d'alimentation : de deux à N, donc possibilité de réglage de la valeur efficace de la tension de sortie. Par rapport au document US6930899, l'onduleur selon l'invention ne comporte qu'un seul transistor IGBT sur les bras externes. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le circuit convertisseur selon l'invention comprend un module de commande alimenté par une mesure du courant de sortie et configuré de façon à commander les transistors IGBT par hystérésis modulée. En d'autres termes, on ajoute io une boucle de contre-réaction en courant de type hystérésis modulée. De ce fait, le taux de distorsion harmonique en courant (TDHi) tend vers zéro et le facteur de puissance s'en trouve fortement amélioré. Cette qualité est particulièrement intéressante pour les systèmes embarqués tout électrique dont la source dispose d'une énergie limitée dans le temps. 15 Avantageusement, le circuit convertisseur selon l'invention peut comprendre une boucle de contre-réaction incluant un capteur à effet hall pour la mesure du courant de sortie. Avantageusement, le module de commande par hystérésis modulée comprend : 20 - un additionneur pour additionner une porteuse triangulaire avec une consigne de courant issue de la comparaison entre ladite mesure de courant et un courant de référence, - un comparateur à hystérésis alimenté par l'additionneur, et - un circuit de mise en forme de signaux alimenté par le comparateur 25 à hystérésis et générant des signaux de commande des transistors IGBT. En d'autres termes, il s'agit d'une commande par modulation de largeur d'impulsions (MLI, PWM en anglais pour « pulse width modulation ») obtenue avec une sinusoïde et une seule onde porteuse. Une telle commande peut avantageusement être réalisée au moyen d'une carte 30 de développement numérique type DSP pour processeurs de traitement numérique du signal (« digital signal processor » en anglais). De préférence, la commande avec le contrôle par hystérésis modulé de courant est de réalisation totalement analogique, donc simple et robuste. Ce principe permet d'améliorer fortement le facteur de puissance 2952485 - 5- du circuit convertisseur, donc une utilisation durable et optimale de l'énergie électrique mise en jeu. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le module de commande est configuré de façon à produire une fréquence de découpage 5 inférieure à cinq kHz. Avec une faible fréquence de découpage, les pertes de commutation sont considérablement diminuées et le rendement du convertisseur reste important avec une augmentation de la durée de vie des transistors IGBT. Avec l'utilisation des transistors IGBT, le circuit convertisseur selon io l'invention fonctionne en commutation dure avec toutefois une solidité et une viabilité renforcée. A titre indicatif et non limitatif, le module de commande peut être configuré de façon à produire une fréquence de découpage égale à deux kHz.

15 Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le circuit convertisseur selon l'invention comporte un câblage constitué par des conducteurs plans de type « bus barre » comprenant une pluralité de plaques métalliques pour alimenter les bras de conversion, chaque conducteur pouvant être constitué de plusieurs plaques métalliques 20 laminaires. Une telle réalisation procure un très bon comportement en compatibilité électromagnétique grâce à de très faibles valeurs de taux de distorsion en tension (THDv) et en courant (THDi). Ce câblage est notamment utilisé pour des interconnexions entre d'autres circuits de 25 puissance et le présent circuit convertisseur.

Les caractéristiques ainsi définies contribuent à l'accroissement de la viabilité du circuit convertisseur selon la présente invention avec une économie non négligeable sur la consommation et une meilleure qualité de 30 l'énergie électrique.

Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de conception d'un circuit convertisseur matriciel tel que défini ci-dessus. Dans le procédé selon l'invention, on conçoit ledit circuit convertisseur en 35 assemblant plusieurs éléments modulaires identiques. 2952485 - 6- Avantageusement, l'élément modulaire comprend deux bras parallèles destinés à recevoir chacun en entrée un niveau de tension intermédiaire, ces bras étant reliés en sortie en un point constituant ledit point commun générant un courant de sortie. Au sein de cet élément 5 modulaire : - chaque bras comporte un transistor IGBT relié en série avec un interrupteur mécanique ; - sur le bras devant être alimenté par le niveau de tension le plus élevé, le collecteur du transistor IGBT est disposé du côté de l'entrée apte à io recevoir ce niveau de tension le plus élevé ; l'interrupteur mécanique étant disposé entre ce transistor IGBT et le point commun ; - sur le bras devant être alimenté par le niveau de tension le moins élevé, l'émetteur du transistor IGBT est disposé du côté de l'entrée apte à recevoir ce niveau de tension le moins élevé ; l'interrupteur mécanique 15 étant disposé entre ce transistor IGBT et cette entrée apte à recevoir ce niveau de tension le moins élevé. Avec un tel procédé de conception et des éléments modulaires ainsi définis, il devient aisé de concevoir rapidement par emboîtement un circuit convertisseur selon l'invention. On réduit ainsi considérablement le coût et 20 le délai de conception d'un circuit convertisseur. Plus précisément, on prévoit à ce que la conception se réalise par emboîtement latérale des éléments modulaires identiques de façon à constituer le circuit convertisseur souhaité ; chaque transistor IGBT étant associé à une butée mécanique destinée à déconnecter un interrupteur 25 mécanique lors de la conception. Selon l'invention, chaque élément modulaire comporte une batterie de condensateurs disposée en entrée entre les deux bras.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à 30 l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une structure NPC selon l'art antérieur ; - la figure 2 est une vue schématique d'une structure MPC selon l'art 35 antérieur ; 2952485 - 7- - la figure 3 est une vue schématique d'un onduleur matriciel trois niveaux monophasé selon l'invention - la figure 4 est une vue schématique d'un onduleur matriciel quatre niveaux monophasé selon l'invention 5 - la figure 5 est une vue schématique d'un onduleur matriciel cinq niveaux monophasé selon l'invention - la figure 6 est une vue schématique d'un onduleur matriciel trois niveaux triphasé selon l'invention ; - la figure 7 est une vue schématique d'un onduleur matriciel cinq io niveaux triphasé selon l'invention ; - la figure 8 est une vue schématique d'un élément modulaire pour la conception par emboîtement d'un onduleur matriciel selon l'invention ; - la figure 9 est une vue schématique d'un onduleur matriciel trois niveaux monophasé conçu à partir de deux éléments modulaires selon 15 l'invention - la figure 10 est une vue schématique d'un onduleur matriciel quatre niveaux monophasé conçu à partir de trois éléments modulaires selon l'invention - les figures 11a, iib, 11c et 11d illustrent des courbes de 20 fonctionnement pour des onduleurs à 2, 3, 4 et 5 niveaux respectivement en mode dégradé selon l'invention ; - les figures 12a, 12b, 12c et 12d illustrent des courbes de fonctionnement pour un onduleur 5 niveaux à commutation d'étage selon l'invention 25 - les figures 13a-13f illustrent des courbes de fonctionnement pour un onduleur 3 niveaux triphasé selon l'invention ; et - les figures 14a-14f illustrent des courbes de fonctionnement pour un onduleur 5 niveaux triphasé selon l'invention.

30 Sur la figure 3, on voit un exemple d'onduleur ou convertisseur matriciel à trois niveaux selon la présente invention. La source de tension continue et les condensateurs ne sont pas représentés. Cet onduleur trois niveaux comporte trois bras alimentés respectivement par trois niveaux de tension continue V1, 0 et -V1. Les deux bras externes sont les bras 35 alimentés respectivement par V1 et -V1. Le bras externe alimenté par V1 2952485 - 8- comporte un interrupteur Ti constitué par un transistor IGBT en parallèle avec une diode. L'émetteur du transistor IGBT est relié à l'anode de la diode, le collecteur du transistor IGBT étant relié à la cathode de la diode. Par la suite, un tel ensemble constitué d'un transistor IGBT et d'une diode 5 disposée en parallèle de la manière indiquée ci-dessus, sera appelé « interrupteur IGBT ». Ainsi, le second bras externe alimenté par -V1 comporte un interrupteur IGBT T4. Les deux interrupteurs IGBT Ti et T4 sont reliés, par leur émetteur, en un point commun A constituant la sortie de l'onduleur trois niveaux. Le signal de sortie est un signal de courant io modulé en fonction de la conduction et de l'interruption des différents interrupteurs de l'onduleur. Le bras interne alimenté par une tension nulle comporte deux interrupteurs IGBT T2 et T3 disposés en série et relié l'un à l'autre par leur émetteur. La tension 0 volt alimente ainsi le collecteur de l'interrupteur IGBT T2, qui alimente à son tour l'émetteur de l'interrupteur 15 IGBT T3, ce dernier ayant son collecteur relié au point commun A. Par rapport au dispositif NPC de l'art antérieur, on n'utilise pas ici de diodes clamp, mais par contre un seul transistor IGBT dans les bras externes. Les interrupteurs T2 et T3 du bras interne constituent un interrupteur à quatre quadrants comprenant donc deux transistors IGBT reliés en série par leur 20 émetteur.

Sur la figure 3 on voit également un module DSP qui est une carte électronique munie de microprocesseurs standards et/ou de microprocesseurs de type DSP (pour « Digital Signal Processing ») et 25 conçue de façon à générer des signaux de commande des transistors IGBT. De préférence on réalise une commande par modulation de largueur d'impulsions (MLI) à partir d'une sinusoïde et d'une seule onde porteuse avec une fréquence de découpage relativement basse par rapport aux dispositifs de l'art antérieur. La conception de cette commande est de 30 préférence totalement analogique. Avec un tel onduleur doté d'un minimum d'interrupteurs de puissance et commandé selon une stratégie pouvant être réalisée totalement de façon analogique, on obtient un coût de fabrication raisonnable et un onduleur ou convertisseur plus robuste et viable. 35 2952485 - 9- En variante, on peut appliquer une stratégie de commande de type « hystérésis modulée » de façon à améliorer l'allure du courant de sortie en réduisant les harmoniques. La méthode par « hystérésis modulée » allie les avantages d'une commande MLI et d'une commande par hystérésis simple. 5 Cette méthode permet d'imposer une fréquence de découpage des transistors IGBT de l'onduleur lors d'un contrôle par hystérésis du courant de sortie. Plus précisément, on mesure le courant de sortie qui est ensuite comparé à une consigne. Le résultat de cette comparaison est ajouté à une porteuse triangulaire. L'ensemble alimente ensuite un comparateur à hystérésis qui génère alors un signal de commande qui est ensuite mis en forme en tant que signal logique de commande. On génère également un signal logique de commande complémentaire. Les deux signaux logiques de commande agissent respectivement sur les deux transistors IGBT d'un bras interne de l'onduleur.

Par ailleurs, les pertes de commutations d'un transistor étant proportionnelles à la fréquence des impulsions de commande, on réalise une commande à basse fréquence, de l'ordre de 1 à 2 kHz au lieu des 5 à 10 kHz habituellement. Les échauffements des transistors sont moindres, d'où un rallongement de leur durée de vie et un rendement global intéressant de l'onduleur. On prévoit également un câblage laminaire avec une mise à la terre de façon à diminuer des courants en mode commun. A titre d'exemple non limitatif, on peut utiliser des feuilles de cuivre (épaisseur 0.5 mm) et des feuilles d'isolants (épaisseur 0.035mm) pour la réalisation de conducteurs plan. Ces conducteurs sont utilisés sur les bras de l'onduleur. Ces conducteurs peuvent par exemple être de très faible épaisseur et être constitués de trois plaques parallèles de grandes dimensions selon un plan contenant l'onduleur. Les trois plaques sont séparées par des isolants également de faible épaisseur. Avantageusement, les trois bras correspondent respectivement aux deux bras externes et au bras interne. Le rapport entre d'une part l'épaisseur des isolants et celle des plaques, et d'autre part les grandes dimensions des plaques peuvent être de 1/500. Un tel conducteur laminaire est parfois nommé « bus barre ». 2952485 - 10- Sur la figure 4, on voit un onduleur à quatre niveaux selon l'invention. Les tensions continues d'entrée sont quatre tensions V2, V1, - V1 et -V2 alimentant respectivement : - un bras externe portant un interrupteur IGBT Ti, 5 - un bras interne portant deux interrupteurs IGBT T2, T4, en série et reliés par leur émetteur, - un second bras interne portant deux interrupteurs IGBT T3, T5, en série et reliés par leur émetteur, et - un second bras externe portant un interrupteur IGBT T6. i0 Sur la figure 5, on voit un onduleur à cinq niveaux selon l'invention. Les tensions continues d'entrée sont cinq tensions V2, V1, 0, -V1 et -V2 alimentant respectivement : - un bras externe portant un interrupteur IGBT Ti, 15 - un bras interne portant deux interrupteurs IGBT T2, T5, en série et reliés par leur émetteur, - un second bras interne portant deux interrupteurs IGBT T3, T6, en série et reliés par leur émetteur, - un troisième bras interne portant deux interrupteurs IGBT T4, T7, 20 en série et reliés par leur émetteur, et - un second bras externe portant un interrupteur IGBT T8.

Les bras externes ne comportent qu'un seul transistor IGBT et les bras internes deux transistors IGBT en série reliés par leur émetteur. 25 Ainsi, la topologie selon l'invention s'adapte à tout nombre de niveaux : pair et impair. Donc il se comporte simultanément comme un onduleur NPC (nombre de niveau impair) et comme des onduleurs MPC et « H-Bridge » (nombre de niveau pair, où le potentiel égal à 0 n'est pas accessible). Toutefois, il se distingue des onduleurs NPC et MPC notamment 30 par l'absence des diodes clamps, et de l'onduleur H-Bridge par un seul bus de batterie de condensateurs. Les versions triphasées en 3 et 5-niveaux sont représentées sur les figures 6 et 7. - 11 - Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'onduleur peut être obtenu à partir d'élément modulaire illustré sur la figure 8, avec V1 >V2. Il s'agit d'un bras d'onduleur à 2-niveaux. Ce module comporte au moins un condensateur C, deux interrupteurs IGBT T (dont le collecteur est relié au potentiel positif du bus barre emmenant la tension V1) etT' (dont l'émetteur est relié au potentiel négatif du bus barre emmenant la tension V2), deux interrupteurs mécaniquesKletK2, deux butées mécaniques BI etB2. La charge est connectée directement au point A.

io Sur la figure 9, on voit un exemple d'un montage modulaire d'un onduleur à 3-niveaux selon l'invention. En enclenchant, par exemple par le côté gauche un autre module, la butéeBl2vient ouvrir l'interrupteur mécaniqueKI et T'1 vient se placer à l'endroit deKI . Il en est de même pour B2 surK22 : Tva se placer à l'endroit deK22. On obtient ainsi un 15 onduleur à 3-niveaux selon l'invention : un bus barre (non représenté) emmenant la tension continue vient se connecter sur les extrémités El et E2, la sortie étant le point A pour l'alimentation d'une charge.

Sur la figure 10, on voit un exemple de montage modulaire d'un 20 onduleur à 4-niveaux. Ainsi, le nombre de niveau K peut être directement lié au nombre de modules. Pour N modules on aura K=N-1 niveaux. De cette propriété de modularité, le convertisseur selon l'invention peut fonctionner en mode dégradé. Les courbes de fonctionnement pour un 25 nombre de niveau allant de 2 à 5, pour un onduleur monophasé à 5-niveaux, obtenues par simulation et à boucle ouverte, sont données sur les figures 11a, iib, 11c et 11d. Le nombre de découpage de la tension est bien visible car la fréquence utilisée est 1000 Hz.

30 La possibilité de fonctionnement en mode dégradé souligne une grande viabilité et surtout de solidité de l'onduleur, car en cas de panne d'un bras quelconque, l'appareil peut toujours continuer à travailler avec un nombre de niveau inférieur. - 12 - Ensuite, pour un nombre de niveaux fixé, les courbes des figures 12a, 12b, 12c et 12d présentent le fonctionnement, à boucle ouverte, d'un onduleur 5-niveaux par un réglage dit commutation d'étage. Cette action permet de faire varier la durée d'un pallier de la tension de sortie : on peut ainsi régler la valeur efficace totale et le fondamental de la tension de sortie de l'onduleur.

Les courbes ainsi obtenues permettent de souligner que les valeurs efficaces des tensions et de courant de sorties sont réglables. La io commutation d'étage permet ainsi de réguler la puissance de sortie de l'onduleur. Le convertisseur s'adapte bien aux techniques habituelles de contrôle. Afin d'obtenir des formes sinusoïdales des courants débités, le principe d'un contrôle par hystérésis modulé est appliqué. Dans ce cas, les 15 figures 13a-13f, 14a-14f illustrent des formes d'ondes dans le cas d'un contrôle par hystérésis modulé pour des onduleurs triphasés à 3 et à 5-niveaux. Les courants débités sont parfaitement sinusoïdaux malgré une fréquence de découpage relativement basse : 1000 Hz. Plus précisément, les figures 13a-13f illustrent des formes d'ondes des courants de ligne, de 20 la tension entre le point A et le point milieu du bus barre VAO, des tensions entre phase et neutre pour un onduleur triphasé à 3-niveaux.

Les figures 14a-14f illustrent des formes d'ondes des courants de ligne, de la tension entre le point A et le point milieu du bus barre VAO, des 25 tensions entre phase et neutre pour un onduleur triphasé à 5-niveaux.

Le convertisseur selon la présente invention s'applique avantageusement à des systèmes de conversion d'énergie de petite envergure où la robustesse du produit et le facteur de puissance sont les 30 garants d'une exploitation durable et optimale : en particulier les systèmes embarqués « tout électrique » et la transformation d'énergie électrique par éolienne. Ces systèmes sont généralement associés à des espaces confinés or la nouvelle structure du convertisseur multi-niveaux respecte les normes en compatibilité électromagnétique et la pollution harmonique. Un tel - 13 - convertisseur permet une fabrication économique, simple et compacte, avec une consommation énergétique optimisée.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent 5 d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Circuit convertisseur matriciel à n niveaux par phase comprenant n bras de conversion alimentés respectivement par n niveaux de tensions intermédiaires et reliés en sortie en un point commun générant un courant de sortie, caractérisé en ce qu'il comprend : - deux bras externes respectivement alimentés par le plus élevé niveau de tension positive et par le plus faible niveau de tension négative, ces deux bras io externes comportant chacun un unique transistor IGBT, et - deux transistors IGBT reliés en série par leur émetteur sur chacune des n-2 bras internes.
2. 2. Circuit convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il 15 comprend un module de commande alimenté par une mesure du courant de sortie et configuré de façon à commander les transistors IGBT par hystérésis modulée.
3. 3. Circuit convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il 20 comprend une boucle de contre-réaction incluant un capteur à effet hall pour la mesure du courant de sortie.
4. 4. Circuit convertisseur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le module de commande par hystérésis modulée comprend : 25 - un additionneur pour additionner une porteuse triangulaire avec une consigne de courant issue de la comparaison entre ladite mesure de courant et un courant de référence, - un comparateur à hystérésis alimenté par l'additionneur, et - un circuit de mise en forme de signaux alimenté par le comparateur à 30 hystérésis et générant des signaux de commande des transistors IGBT.
5. 5. Circuit convertisseur selon l'une quelconque des revendications 2-4, caractérisé en ce que le module de commande est configuré de façon à produire une fréquence de découpage inférieure à cinq kHz. 35 2952485 - 15-
6. 6. Circuit convertisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de commande est configuré de façon à produire une fréquence de découpage égale à deux kHz. 5
7. 7. Circuit convertisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par un câblage constitué par des conducteurs plans de type « bus barre » comprenant une pluralité de plaques métalliques pour alimenter les bras de conversion. io
8. 8. Circuit convertisseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque conducteur est constitué de plusieurs plaques métalliques laminaires.
9. 9. Procédé de conception d'un circuit convertisseur matriciel à n niveaux par phase comprenant n bras de conversion alimentés respectivement par n 15 niveaux de tensions intermédiaires et reliés en sortie en un point commun générant un courant de sortie, ce circuit comprenant : - deux bras externes respectivement alimentés par le plus élevé niveau de tension positive et par le plus faible niveau de tension négative, ces deux bras externes comportant chacun un unique transistor IGBT, et 20 - deux transistors IGBT reliés en série par leur émetteur sur chacune des n-2 bras internes ; dans lequel procédé, on conçoit ledit circuit convertisseur en assemblant plusieurs éléments modulaires identiques. 25
10. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément modulaire comprend deux bras parallèles destinés à recevoir chacun en entrée un niveau de tension intermédiaire, ces bras étant reliés en sortie en un point constituant ledit point commun générant un courant de sortie ; et en ce que: 30 - chaque bras comporte un transistor IGBT relié en série avec un interrupteur mécanique ; - sur le bras devant être alimenté par le niveau de tension le plus élevé, le collecteur du transistor IGBT est disposé du côté de l'entrée apte à recevoir ce niveau de tension le plus élevé ; l'interrupteur mécanique étant disposé 35 entre ce transistor IGBT et le point commun ;- sur le bras devant être alimenté par le niveau de tension le moins élevé, l'émetteur du transistor IGBT est disposé du côté de l'entrée apte à recevoir ce niveau de tension le moins élevé ; l'interrupteur mécanique étant disposé entre ce transistor IGBT et cette entrée apte à recevoir ce niveau de tension le moins élevé.
11. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la conception se réalise par emboîtement latérale des éléments modulaires identiques de façon à constituer le circuit convertisseur souhaité ; chaque transistor IGBT étant io associé à une butée mécanique destinée à déconnecter un interrupteur mécanique lors de la conception.
12. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque élément modulaire comporte une batterie de 15 condensateurs disposée en entrée entre les deux bras.