FR2999037A1 - Structure de conversion de courant continu-continu. - Google Patents

Abstract

Une structure (1) de conversion de courant continu, en provenance d'une alimentation (2), en courant continu à destination d'une charge (3), comporte une pluralité de N convertisseurs (14) connectés en parallèle entre une borne d'entrée (10) et une borne de sortie (11), un condensateur (12) connecté entre une borne de référence (13) et la borne de sortie (11), chaque convertisseur (14) comportant une inductance (140) connectée d'une part à la borne d'entrée (10) et d'autre part alternativement sur commande à la borne de sortie (11) ou à la borne de référence (13). Des moyens de régulation (4) comportent une boucle globale pour réguler la sortie du convertisseur (14) et une boucle interne pour réguler le courant de chaque convertisseur (14) en fonction de la régulation globale. Selon un procédé de surveillance, on introduit une première perturbation sinusoïdale dans la commande en courant de chaque convertisseur (14), on estime la variation conséquente sur le rapport cyclique de commande dudit convertisseur (14) et on en déduit une estimation de la valeur de l'inductance de chaque convertisseur (14). Structure mettant en œuvre le procédé de surveillance.

Description

STRUCTURE DE CONVERSION DE COURANT CONTINU- CONTINU Domaine technique La présente invention se rapporte à un procédé de surveillance d'une structure de conversion de courant continu en courant continu. Elle concerne également une structure comportant des moyens mettant en oeuvre le procédé de surveillance.

Dans la description ci-dessous, les références entre crochets (E]) renvoient à la liste des références présentée à la fin du texte. Etat de la technique Dans les installations de production d'énergie ou de procédés industriels, il est prévu parfois de convertir le courant continu d'une alimentation selon une tension d'entrée en courant continu selon une tension de sortie. On trouve par exemple des structures de conversion de courant continu en courant continu dans les installations de production d'électricité photovoltaïque. La structure de conversion permet dans ce cas d'élever la tension de sortie par rapport à la tension d'entrée et de réguler celle-ci à un niveau constant. Dans d'autres applications, la tension de sortie est régulée par un abaissement de la tension d'entrée. On connaît des structures réalisant cette fonction et dites de type « boost ». Une structure de ce type comporte une borne de référence et une borne d'entrée pour y connecter l'alimentation et une borne de sortie pour connecter une charge entre la borne de référence et la borne de sortie. Elle comporte également une pluralité de N convertisseurs connectés en parallèle entre la borne d'entrée et la borne de sortie et un condensateur connecté entre la borne de référence et la borne de sortie. Chaque convertisseur comporte une inductance connectée d'une part à la borne d'entrée et d'autre part à des moyens de commutation, les moyens de commutation étant agencés pour relier alternativement sur commande l'inductance à la borne de sortie ou à la borne de référence. La commutation de l'inductance vers la borne de référence permet d'induire un courant dans l'inductance qui est ensuite dirigé vers la borne de sortie par l'insertion des moyens de commutation. Le courant induit vient alimenter la charge et charger le condensateur qui maintient une tension de sortie sensiblement constante. Ces commutations alternatives sont conduites sur une période prédéterminée dite de découpage. On en déduit une fréquence de découpage. On utilise en général la même fréquence de découpage sur l'ensemble des convertisseurs, avec un décalage régulièrement réparti entre les convertisseurs. La structure comporte en outre des moyens de mesure du courant dans chaque inductance, de la tension d'entrée entre la borne d'entrée et la borne de référence, de la tension de sortie entre la borne de sortie et la borne de référence et du courant de sortie vers la charge. Ces mesures sont reçues par des moyens de régulation qui pilotent des moyens de commutation de chaque convertisseur, en définissant pour chaque convertisseur un rapport cyclique entre les temps de connexion à la borne de référence et à la borne de sortie. Les moyens de régulation comportent une boucle globale pour réguler la tension de sortie du convertisseur selon une valeur constante ou extérieure à la structure et une boucle interne pour réguler le courant de chaque convertisseur en fonction de la régulation globale. Le document [1] montre un exemple de régulation par glissement à double boucle appliquée à une structure de conversion à plusieurs convertisseurs. La mise en parallèle de nombreux convertisseurs est motivée par la fiabilisation qui résulte du moindre stress des inductances lorsqu'elles sont de petite taille. Pour garantir la fiabilité de la structure, il est intéressant de surveiller celle-ci afin de déterminer au plus tôt si des défaillances sont susceptibles de survenir. En particulier, il est intéressant de vérifier si les valeurs d'inductance ou de capacité ainsi que les pertes dans la structure évoluent dans le temps afin de détecter une dégradation des composants. Dans les documents [2] et [3], il est proposé une méthode d'évaluation des valeurs caractéristiques des composants tels que les inductances, les condensateurs et la charge. Cette évaluation est basée sur le calcul des dérivées du courant et de la tension sur une période de découpage. Elle nécessite cependant des moyens de mesure performants puisque l'échantillonnage des mesures doit être réalisé à une fréquence nettement supérieure à celle de découpage.

D'autres types de convertisseurs ou de structures sont également utilisées en utilisant des composants similaires tels que des condensateurs, des inductances et des commutateurs électroniques. On peut citer les structures de type « buck ». Ces structures ont les mêmes besoins de surveillance.

L'invention vise à fournir un procédé de surveillance d'une structure de conversion de courant continu en courant continu permettant de fournir des estimations de valeur sur les grandeurs caractéristiques des composants de la structure ne nécessitant pas d'échantillonnage à fréquence supérieure à la fréquence de découpage. Elle vise aussi à fournir une structure de conversion de courant continu en courant continu mettant en oeuvre ledit procédé. Description de l'invention Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de surveillance d'une structure de conversion de courant continu, en provenance d'une alimentation, en courant continu à destination d'une charge, la structure comportant une borne de référence et une borne d'entrée pour y connecter l'alimentation, une borne de sortie pour y connecter la charge entre la borne de référence et la borne de sortie, une pluralité de N convertisseurs connectés en parallèle entre la borne d'entrée et la borne de sortie, un condensateur connecté entre la borne de référence et la borne de sortie, chaque convertisseur comportant une inductance et des moyens de commutation, les moyens de commutation étant agencés pour conférer alternativement sur commande plusieurs configurations de connexion de l'inductance entre la borne de sortie, la borne d'entrée ou à la borne de référence, la structure comportant en outre des moyens de mesure du courant dans chaque inductance, de la tension d'entrée entre la borne d'entrée et la borne de référence, de la tension de sortie entre la borne de sortie et la borne de référence et du courant de sortie vers la charge, et des moyens de régulation pour piloter un rapport cyclique des moyens de commutation de chaque convertisseur, les moyens de régulation comportant une boucle globale pour réguler la sortie du convertisseur et une boucle interne pour réguler le courant de chaque convertisseur en fonction de la régulation globale, le procédé étant caractérisé en ce qu'on introduit une première perturbation sinusoïdale dans la commande en courant de chaque convertisseur, on estime la variation conséquente sur le rapport cyclique de commande dudit convertisseur et on en déduit une estimation de la valeur de l'inductance de chaque convertisseur. En introduisant une petite perturbation dans chaque convertisseur sur le courant qu'il fournit, on induit une modification sur le rapport cyclique qui doit varier pour induire la perturbation sinusoïdale. L'amplitude de variation du rapport cyclique est liée à la valeur de l'inductance. On démontre qu'on peut accéder à la valeur de l'inductance grâce à la variation de rapport cyclique. Il va de soi que la fréquence de la perturbation induite est plus faible que la fréquence de découpage, afin de pouvoir accéder à la variation de rapport cyclique qui doit être estimée sur plusieurs périodes de découpage. Selon un perfectionnement, les premières perturbations sont déphasées entre elles de telle sorte que, chaque convertisseur étant repéré par un indice k variant de 1 à N, le déphasage entre les perturbations est de 27r--. On démontre que la somme des premières perturbations ainsi déphasées est nulle. Le courant total qui alimente la sortie et le condensateur n'est donc pas affecté par les premières perturbations. La méthode peut ainsi être mise en oeuvre fréquemment, voir en permanence, sans que cela n'ait d'effet majeur sur le courant délivré par la structure. Selon un mode de réalisation particulier, l'inductance est reliée d'une part à la borne d'entrée et d'autre part aux moyens de commutations, les configurations de connexion étant une connexion respectivement à la borne de référence ou à la borne de sortie. Cette réalisation correspond à un convertisseur de type « boost ». De manière particulière, l'inductance est estimée selon la formule : Po CO dans laquelle VE est la tension d'entrée, Vs est la tension de sortie, Po est l'amplitude de la puissance de la perturbation, co est la pulsation de la perturbation, De est l'amplitude de la perturbation sur le rapport cyclique dk et Vk est une estimation de pertes dans le convertisseur sous forme d'une contre-tension globale. Les tensions VE et Vs sont mesurée directement, Po et co sont imposés comme des entrées dans la régulation et Dg se calcule à partir des valeurs du rapport cyclique tel que déterminé par la régulation. La contre-tension globale Vk peut être une valeur estimée et fixe lors du fonctionnement de la structure. Elle peut aussi être estimée pendant le fonctionnement, par exemple par une méthode qui va être exposée ci-après. Selon des étapes supplémentaires du procédé, on arrête les premières perturbations, on introduit une deuxième perturbation sur l'un des convertisseurs uniquement, de telle sorte que le courant de sortie est modifié par un courant ajouté, et on en déduit une estimation de la capacité du condensateur en fonction de l'amplitude et de la pulsation de la perturbation ainsi que de la valeur estimée de l'inductance dans le convertisseur perturbé et de la valeur efficace du courant ajouté. Grâce à la perturbation introduite, on crée un courant avec une composante alternative dans le condensateur. Le rapport entre l'amplitude de ce courant et la tension correspondante permet de caractériser la capacité du condensateur. Comme ce test ne peut pas être conduit de manière simultanée avec la perturbation décrite précédemment, il est réalisé de manière séquentielle. De manière particulière, la capacité du condensateur est estimée (o).à Vs )2 dans laquelle ig est la partie alternative du courant dans le condensateur résultant de la perturbation, AVs est la perturbation résultante sur la tension de sortie et co est la pulsation de la perturbation. Le terme « rms » indique qu'on prend la valeur efficace du courant alternatif. Selon un perfectionnement, on utilise un observateur d'état prenant en entrée les mesures des moyens de mesure, l'estimation des inductances et de la capacité du condensateur et ayant en sortie une estimation de pertes pour chaque convertisseur et de pertes globales. L'observateur d'état est un modèle numérique des relations entre différentes variables caractérisant l'état de la structure, ces variables étant pour certaines celles mesurées, et pour d'autres non directement accessibles. Grâce à une telle modélisation, on accède à certaines variables non mesurables et dont la valeur permet de suivre la santé des composants de la structure. En particulier on peut accéder de cette manière à la contre-tension globale de chaque convertisseur, ce qui permet d'avoir une indication de la santé des commutateurs et également d'avoir une valeur réaliste de cette contre-tension pour le calcul de l'inductance. Selon une caractéristique, la contre-tension globale dans chaque convertisseur est estimée par une contre-tension singulière et une C irms \2 selon la formule :Cs2 - résistance selon la formule Vk = rLkik VCk , rik étant une estimation de la résistance interne de l'inductance et Vck est une estimation de la contre-tension singulière dans le convertisseur et simulant d'autres pertes dans le convertisseur.

De manière particulière, les pertes globales sont symbolisées par un courant de fuite entre la borne de sortie et la borne de référence. Ce terme permet de prendre en compte de manière globale les pertes qui ne sont pas modélisées par ailleurs, par exemple par les contre-tensions globales de chaque convertisseur. Ce terme permet de modéliser par exemple les pertes résiduelles de chaque convertisseur à puissance nulle. L'observateur d'état est par exemple du type Luenberger ou un filtre de Kalman. L'invention a aussi pour objet une structure de conversion de courant continu, pour convertir un courant continu en provenance d'une alimentation en courant continu à destination d'une charge, la structure comportant une borne de référence et une borne d'entrée pour y connecter l'alimentation, une borne de sortie pour connecter une charge entre la borne de référence et la borne de sortie, une pluralité de N convertisseurs connectés en parallèle entre la borne d'entrée et la borne de sortie, un condensateur connecté entre la borne de référence et la borne de sortie, chaque convertisseur comportant une inductance connectée d'une part à la borne d'entrée et d'autre part à des moyens de commutation, les moyens de commutation étant agencés pour conférer alternativement sur commande plusieurs configurations de connection de l'inductance entre la borne de sortie, la borne d'entrée ou à la borne de référence, de la tension de sortie entre la borne de sortie et la borne de référence et du courant de sortie vers la charge, et des moyens de régulation pour piloter un rapport cyclique des moyens de commutation de chaque convertisseur, les moyens de régulation comportant une boucle globale pour réguler la sortie du convertisseur et une boucle interne pour réguler le courant de chaque convertisseur en fonction de la régulation globale, la structure étant 2 99903 7 8 caractérisée en ce que les moyens de régulation sont agencés pour introduire une première perturbation sinusoïdale dans la commande en courant de chaque convertisseur, estimer la variation conséquente sur le rapport cyclique de commande dudit convertisseur et en déduire une 5 estimation de la valeur de l'inductance de chaque convertisseur. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : 10 - la figure 1 représente un schéma électrique d'une structure conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une figure similaire à la figure 1, dans laquelle les pertes de la structure sont modélisées par des composants ; - la figure 3 est un diagramme représentant la régulation mise en 15 oeuvre par la structure - la figure 4 est une vue similaire à la figure 1 d'une structure selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 5 est un diagramme temporel montrant le cycle de commande des moyens de commutation de la structure de la 20 figure 4; - les figures 6 et 7 sont des vues similaires à la figure 1 de structures selon un troisième et un quatrième mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE Une structure 1 de conversion de courant continu en courant continu 25 conforme à un premier mode de réalisation de l'invention est représentée sur la figure 1. La structure 1 comporte une pluralité de N convertisseurs 14 connectés en parallèle entre une borne d'entrée 10 et une borne de sortie 11 et un condensateur 12 commun, de capacité Cs, connecté entre une borne de référence 13 et la borne de sortie 11. La borne d'entrée 10 et 30 la borne de référence 13 sont prévues pour y connecter l'alimentation 2 en courant continu. La borne de sortie 11 et la borne de référence 13 sont prévues pour connecter une charge 3. Chaque convertisseur 14 comporte une inductance 140 connectée d'une part à la borne d'entrée 10 et d'autre part à des moyens de commutation 141. Les moyens de commutation 141 sont agencés pour relier alternativement sur commande l'inductance 140 à la borne de sortie 11 ou à la borne de référence 13. Pour cela, les moyens de commutation 141 d'un convertisseur 14 comportent un premier commutateur 1411 reliant l'inductance 140 à la borne de référence 13 en recevant la commande uk et un deuxième commutateur 1412 reliant l'inductance 140 à la borne de sortie 11 en recevant la commande complémentaire. Les commutateurs 1411, 1412 peuvent être de différentes technologies, comme par exemple les technologies CMOS, IGBT, MOSFET, JFET ou des diodes.

La structure 1 comportant en outre des moyens de mesure du courant dans chaque inductance 140, symbolisés par une flèche repérée respectivement Ii, ik et iN, de la tension d'entrée VE entre la borne d'entrée 10 et la borne de référence 13, de la tension de sortie Vs entre la borne de sortie 11 et la borne de référence 13 et du courant de sortie ici, vers la charge 3. La structure 1 comporte en outre des moyens de régulation 4 pour piloter les moyens de commutation 141 de chaque convertisseur 14. Les commutateurs sont pilotés alternativement, pour connecter de manière exclusive l'inductance 140 à la borne de référence 13 ou à la borne de sortie 11. La connexion est réalisée selon une période prédéterminée, appelée période de découpage. Le rapport entre le temps de connexion à la borne de sortie 11 et la période d'échantillonnage définit un rapport cyclique dk pour chaque convertisseur 14. La structure 1 peut être modélisée selon le schéma de la figure 2, sur lequel on a ajouté en série avec chaque inductance Lk une résistance i'Lk pour symboliser la résistance interne de ladite inductance 140 et un générateur de tension Vck. Le générateur de tension Vc est connecté en contre tension dite singulière pour modéliser certaines des pertes dans chaque convertisseur 14 individuel qui peuvent indirectement être reliées à l'état de santé des moyens de commutation 141. Le dernier paramètre ajouté par rapport au modèle idéal est le courant lp qui traduit le reste des pertes dans la structure 1 et qui ne sont pas prises en compte par la modélisation avec la contre-tension singulière Vck. On peut alors exprimer le fonctionnement dans chaque convertisseur 14 par l'équation (El) ) et le fonctionnement global de la structure 1 par l'équation (E2). dik Lk dt = VE Cs k=1s dt Lk k - Vck - (1 - dk)Vs - d (El) (E2) k=1 On définit aussi le paramètre Vk comme une combinaison de Lket suivant l'équation (E3) : Vk = rik Vck (E3) Les moyens de régulation 4 comportent une boucle globale pour réguler la sortie du convertisseur 14 et une boucle interne pour réguler le courant ik de chaque convertisseur 14 en fonction de la régulation globale, au moyen d'un régulateur glissant. Ce schéma de commande permet d'assurer une stabilité asymptotique à la régulation mise en place, une robustesse vis-à-vis de variations paramétriques tout en permettant une régulation dynamique performante. Les techniques d'estimation des paramètres présentées par la suite peuvent être utilisées avec tout type de commande à deux boucles, par exemple des régulateurs plus classiques type PI ou PID. En se référant à la figure 3, la régulation est schématisée par des blocs de fonctions de transfert. La régulation a pour entrée la tension de sortie Vs telle que mesurée et une tension de consigne VSref. Ces deux entrées sont transformées en y et yref respectivement par les fonctions du premier et du deuxième bloc 41, 42 qui appliquent toutes deux l'équation (E4), pour exprimer l'énergie stockée dans le condensateur 12: 1 y= 2 ' Le troisième bloc 43 réalise la régulation de la première boucle. A titre d'exemple, il met en oeuvre l'équation suivante (E5) : (Yref - Y) + 2(wn(Yref - Y) + w y)cit = 0 (E5) pour évaluer la dérivée de l'énergie Y. Dans cette équation, est une pulsation de la première boucle et est un facteur d'amortissement de la régulation. Au quatrième bloc 44, qui prend en entrée la dérivée de l'énergie 5/. issue du troisième bloc, la tension de sortie Vs et le courant de charge Ich, on déduit une consigne de puissance amont Paref en amont du condensateur 12, en utilisant l'équation suivante : = Pa Pch VS1p (E6) dans laquelle la puissance de charge est donnée par Pa, = ch.V, . Le cinquième bloc 45 transforme la consigne de puissance amont en consigne de puissance d'entrée PE, en prenant en compte les pertes dans les convertisseurs 14. Pour cela, le cinquième bloc utilise la tension d'entrée et résout l'équation exprimée par la formule suivante : (E4) (E4) pE \2 PE (E7) k (N- i + V N V E ) VE Ck Le sixième bloc 46 prend cette consigne de puissance d'entrée PE et la répartit de manière égale entre les convertisseurs 14 sous forme de consigne de courant ikref , selon la formule suivante : 2 99903 7 1ref ljE .ref E Lk - = N N VE Le septième bloc 47, qui reçoit la consigne de courant ikref pour chaque convertisseur 14, réalise la deuxième boucle de régulation en comparant les consignes de courant ikref avec les mesures de courant ik dans chacun des convertisseurs 14, en utilisant par exemple les 5 équations : 12 (E8) Sk( k ikref) + Kik 1 (re f dke = 1 + -vs ç Clik Lk + Vck - VE + Lk -ilik-k ^ 4_ cit Kik( k dans lesquels et ÀLk sont des paramètres caractérisant la deuxième boucle de régulation et qui sont choisis pour assurer la stabilité et la réactivité de la régulation. Sk est une surface de glissement et Lk est une estimation de la valeur de l'inductance du kième convertisseur 14. La 10 manière dont ce paramètre est fourni est expliquée par la suite. On réalise ainsi une régulation dite par mode de glissement. Pour le bon fonctionnement de la régulation, il est nécessaire de respecter la condition suivante : 15 dans laquelle est la pulsation de découpage, fs étant la fréquence de découpage, définie par l'inverse de la période de découpage, est la pulsation de la deuxième boucle de régulation et est définie par la relation K ikÀet est la pulsation de la première boucle de régulation. 20 Le huitième bloc 48 prend en entrée le rapport cyclique dk et le transforme en commande uk des moyens de commutation 141 pour agir sur la structure 1, symbolisée par le neuvième bloc. Cette fonction est réalisée par exemple par un modulateur de largeur d'impulsions MLI. 2 99903 7 13 Estimation des inductances Lk Pour déterminer la valeur de l'inductance Lk de chaque convertisseur 14, on propose ici d'ajouter par les moyens de régulation une perturbation 5 sinusoïdale à la référence de courant de chaque convertisseur 14. En imposant un un déphasage de N entre chacune de ces sinusoïdes, la perturbation résultante vue de la source comme côté charge 3 sera négligeable. De cette manière, on peut assurer cette estimation en ligne pendant toute la période de fonctionnement de la structure 1. 10 Pour une estimation correcte des inductances, les perturbations sinusoïdales sont dimensionnées de manière à s'annuler totalement côté charge 3, ce qui se traduit par aucune variation sur la tension de sortie V. Cette condition se traduit par le fait que la puissance amont Pa entrant dans le condensateur 12 est constante. On peut donc exprimer la consigne 15 de courant par l'expression suivante : + 2 (E11) ( + Pn 1 avec Po étant la puissance de la perturbation et (.0 sa pulsation. La régulation de la deuxième boucle va s'adapter pour suivre cette nouvelle consigne, en agissant sur le rapport cyclique dk. On peut alors distinguer deux parties dans l'expression du rapport cyclique. La partie 20 correspondant à la perturbation sinusoïdale ajoutée peut être exprimée comme : cos(( (E12) De cette manière, en mesurant l'amplitude de la perturbation sur le rapport cyclique, on est capable de calculer une estimation de la valeur de l'inductance suivant l'équation suivante : 2 99903 7 14 (E13) En pratique, l'amplitude D rc. est obtenue par filtrage. Le choix des paramètres de la perturbation Po et (0 doit être fait en prenant quelques précautions. Tout d'abord, l'amplitude Po doit être suffisamment grande pour que la signature résultante sur le rapport 5 cyclique soit représentative. En particulier, on fera attention à ce que cette amplitude ne soit pas noyée dans les oscillations dues au découpage. La fréquence de cette sinusoïde doit, elle, être suffisamment lente pour s'assurer d'un bon suivi par la régulation. Pour cela, la pulsation w doit satisfaire °) 10 Si les inductances ne sont pas égales, les perturbations introduites ne seront pas sans effet sur la puissance amont. Cependant, on démontre que si la pulsation de la perturbation w est suffisamment faible et la puissance de perturbation suffisamment forte, l'effet en est négligeable. Estimation de la capacité du condensateur 15 De manière périodique, la structure 1 met en oeuvre l'estimation de la capacité Cs du condensateur 12. Une perturbation sinusoïdale est ajoutée à la consigne de courant d'un seul convertisseur 14, choisi de manière arbitraire. Il en résulte donc une perturbation sinusoïdale sur la tension de sortie V. Aussi la durée de cette phase sera de préférence limitée au strict 20 nécessaire pour l'évaluation de la capacité. Cette phase ne peut pas non plus être mise en oeuvre en même temps que la phase d'évaluation des inductances. Les valeurs correspondant au convertisseur 14 choisi ont pour indice b dans les formules qui suivent. La partie alternative du courant dans le condensateur 12 résultant 25 de la perturbation ajoutée s'exprime par la formule suivante : 1 ) LbPooco3.( ) (E14) - (VE - vs N (VE - Vb) 2 99903 7 15 Ce courant peut aussi être exprimé comme une fonction de la valeur du condensateur 12 de sortie et de la perturbation résultante AVs sur la tension de sortie. (C, (E15) 5 On peut donc extraire directement une estimation de la capacité du condensateur 12 de cette formule. La méthode proposée ne nécessite pas une fréquence d'échantillonnage importante pour les mesures. Par exemple, elle fonctionne très bien avec une fréquence d'échantillonnage égale à la 10 fréquence de découpage. Les mesures des courants ik et de la tension Vs sont des valeurs moyennes. Il n'est pas nécessaire d'accéder à leurs dérivées. Estimation des autres paramètres 15 On propose d'estimer les autres paramètres du système en utilisant un observateur d'état. Ces autres paramètres sont la modélisation de l'écart à l'idéalité de la structure. Estimation par observateur d'état type Luen berger On considère que les paramètres et qui indirectement 20 représentent les pertes dans les convertisseurs 14, varient suffisamment lentement pour que l'on puisse négliger leurs dérivées. La structure 1 se modélise alors par le système suivant : (E16) L'observabilité locale du système (E24) dépend du rang de la matrice Jacobienne du vecteur de sortie 0 définit par l'équation suivante : 0= d1/,\' dt dt J (E17) On démontre que : runk(Jacob(0)) = 2(N + 1) Le système non linéaire considéré est donc observable. On propose d'estimer les paramètres du système en utilisant un observateur d'état de type Luenberger. Dans un premier temps, on linéarise le système (E16) autour d'un point de fonctionnement. Celui-ci peut alors s'exprimer sous la forme de l'équation suivante : AX = C X + Du (E18) où u est le vecteur des commandes (regroupant tous les dk), A et B sont, (2(N + 1))2 et N (2(N + respectivement, des matrices de tailles )). Pour le système considéré, la matrice D est nulle, les mesures Y ne dépendant pas de la commande, mais uniquement des variables d'état X.

Pour s'assurer que l'estimation converge, les grandeurs estimées À" suivent l'équation (E19), où Y représente le vecteur des grandeurs mesurées et leur estimation. (iX ' f-tit = AX liu - (E19) (d Bu GL L'estimation va converger si l'erreur g= - X tend vers 0. Cela sera réalisé si la matrice (A- GC) est stable, c'est-à-dire avec des valeurs propres à parties réelles négatives. Aux vues des variables estimées, on décide d'imposer deux vitesses de convergence différentes : une rapide pour les grandeurs mesurées (ik et Vs), et une lente pour les autres paramètres et L). Cela peut être réalisé - dans le cas d'une fréquence z de découpage 2() kll - en choisissant les valeurs de la matrice gain G de manière à ce que les valeurs propres de (A-CG) s'approchent des valeurs (-10- - -1(-1 -10-1 -60 -60 -60)'. L'observateur d'état, qui prend en entrée les valeurs mesurées, les inductances calculées et la capacité, permet donc de fournir les valeurs de Vck et IP. Le suivi de ces valeurs au cours du temps permet de détecter une dérive possible de ces valeurs et donc d'alerter de manière préventive afin de signaler qu'un défaut apparaît sur l'un des composants de la structure 1. Les valeurs sont utilisées pour estimer les valeurs de Vk utilisées dans le calcul des inductances selon l'équation (E3). En pratique, on effectue initialement plusieurs séries d'estimations successives et on ne les prend en compte qu'à partir du moment où les inductances ont convergé vers des valeurs stables. Estimation des paramètres avec un filtre de Kalman étendu Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, l'estimation est basée sur le filtre de Kalman étendu à la place de l'observateur de Luenberger. Pour développer le filtre de Kalman étendu, on réécrit le modèle du système selon le système suivant : (E20) dans lequel l'indice k est un indice temporel des échantillonnages successifs.

Le filtre de Kalman étendu est alors donné par le système suivant : - 1 (E21) où : (E22) Les matrices dérivées Ak et Ck+i sont calculées suivant : (E23) Pour compléter la réalisation du filtre de Kalman étendu, on définit la matrice de covariance initiale Po ainsi que les matrices Q et R par essais successifs. Par exemple, dans le cas où la structure 1 comporte trois convertisseurs 14, on choisit ces paramètres comme décrit par l'équation suivante : P0 = di..:w(10[- 1 e-O; 60; 60; 1000) 6(i; (,) 1000) R = 1., 1., 1) (E24) 2 99903 7 19 Les essais montrent que les estimations convergent vers les mêmes valeurs avec l'observateur de Luenberger et avec le filtre de Kalman étendu. On note une plus grande rapidité de calcul avec l'observateur de Luenberger et une réputée moindre sensibilité aux perturbations de 5 mesures pour le filtre de Kalman. Deuxième mode de réalisation Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 4, chaque convertisseur 14' de la structure 1' comporte des moyens de commutations 141' comportant un transformateur d'isolement 10 1415. Une première borne d'entrée du transformateur d'isolement 1415 est reliée par un premier et un deuxième commutateur 1411', 1412' respectivement à l'inductance 140' et à la borne de référence 13'. Une deuxième borne d'entrée du transformateur d'isolement 1415 est reliée par un troisième et un quatrième commutateur 1413, 1414 respectivement à 15 l'inductance 140' et à la borne de référence 13'. Chaque borne de sortie du transformateur est reliée par deux commutateurs 1417, 1418 respectivement à une première et à une deuxième borne de sortie 15, 16. Le condensateur 12' est connecté entre la première et la deuxième borne de sortie 15, 16.

Les moyens de commutation 14' sont commandés selon un cycle représenté sur la figure 5. Un premier signal de commande ul a est envoyé au premier et au quatrième commutateur. Un deuxième signal de commande ul b est envoyé au deuxième et au troisième commutateur. Sur le schéma, l'état haut du signal représente un état passant du commutateur, tandis que l'état bas, sur l'axe des temps, représente un état ouvert du commutateur. Au cours d'un cycle d'une durée T, on trouve une configuration répétée d'une durée dl dans laquelle l'ensemble des commutateurs sont passants. Si on note dk le rapport de durée de court circuit pour chacun des convertisseurs d'indice k, et Np( le rapport du nombre d'enroulements entre la sortie et l'entrée du transformateur, les équations qui expriment le fonctionnement des convertisseurs 1' s'écrivent : d (E25) (E26) Le procédé de surveillance de la structure 1 tel qu'exposé précédemment peut s'adapter sans difficulté pour l'homme du métier à la structure 1' du deuxième mode de réalisation en pilotant des perturbations déphasées sur l'ensemble des convertisseurs 14' pour l'estimation des inductances ou une perturbation sur un seul convertisseur pour l'estimation de la capacité du condensateur.

Troisième mode de réalisation Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 6, chaque convertisseur 14" comporte un commutateur 1411" placé en amont de l'inductance 140" et un commutateur 1419" connectée entre la borne de référence 13" et l'entrée de l'inductance 140". Seuls deux convertisseurs sont représentés, mais la structure 1" pourrait en comporter bien plus. Le procédé de surveillance tel que décrit en lien avec le premier mode de réalisation peut aussi être mis en oeuvre avec cette structure en adaptant les équations qui en décrivent le fonctionnement. Quatrième mode de réalisation Dans un quatrième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 7, chaque convertisseur 14" comporte un commutateur 1411" placés en amont de l'inductance 140" et connectée à la borne de référence, un commutateur 1419" étant connecté entre l'entrée de l'inductance et la borne de sortie 13". Cette structure est similaire à celle du troisième mode de réalisation en y permutant l'inductance et le commutateur. Seuls deux convertisseurs sont représentés, mais la structure 1" pourrait en comporter bien plus. Le procédé de surveillance tel que décrit en lien avec le premier mode de réalisation peut aussi être mis en oeuvre avec cette structure 1" en adaptant les équations qui en décrivent le fonctionnement.

Listes des références [1] M. LOpez, L. Garcia de Vicuna, M. Castilla, P. Gaya et O. LOpez : Current distribution control design for paralleled de-de converters using sliding-mode control. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 51:419 428, 2004. [2] G.M. Buiatti et A.M.R. Amaral : Parameter estimation of a dc/dc buck converter using a continuous time mode!. In European Conference on Power Electronics and Applications, 2007. [3] G.M. Buiatti, A.M.R. Amaral et A.J.M. Cardoso : An online technique for estimating the parameters of passive components in non-isolated dc/dc converters. In ISIE, IEEE International Symposium on Industrial Electronics, 2007.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de surveillance d'une structure (1) de conversion de courant continu, en provenance d'une alimentation (2), en courant continu à destination d'une charge (3), la structure (1) comportant une borne de référence (13) et une borne d'entrée (10) pour y connecter l'alimentation (2), une borne de sortie (11) pour y connecter la charge (3) entre la borne de référence (13) et la borne de sortie (11), une pluralité de N convertisseurs (14) connectés en parallèle entre la borne d'entrée 10 et la borne de sortie (11), un condensateur (12) connecté entre la borne de référence (13) et la borne de sortie (11), chaque convertisseur (14) comportant une inductance (140) et des moyens de commutation (141), les moyens de commutation (141) étant agencés pour conférer alternativement sur commande plusieurs configurations de connection de l'inductance (140) entre la borne de sortie (11), la borne d'entrée ou à la borne de référence (13), la structure (1) comportant en outre des moyens de mesure du courant dans chaque inductance (140), de la tension d'entrée entre la borne d'entrée (10) et la borne de référence (13), de la tension de sortie entre la borne de sortie (11) et la borne de référence (13) et du courant de sortie vers la charge (3), et des moyens de régulation (4) pour piloter un rapport cyclique des moyens de commutation (141) de chaque convertisseur (14), les moyens de régulation (4) comportant une boucle globale pour réguler la sortie du convertisseur (14) et une boucle interne pour réguler le courant de chaque convertisseur (14) en fonction de la régulation globale, le procédé étant caractérisé en ce qu'on introduit une première perturbation sinusoïdale dans la commande en courant de chaque convertisseur (14), on estime la variation conséquente sur le rapport cyclique de commande dudit convertisseur (14) et on en déduit une estimation de la valeur de l'inductance de chaque convertisseur (14). 2 99903 7 24
2. 2. Procédé de surveillance selon la revendication 1, selon lequel les premières perturbations sont déphasées entre elles de telle sorte que, chaque convertisseur (14) étant repéré par un indice k variant de 1 à N, le déphasage entre les perturbations est de 27c 5
3. 3. Procédé de surveillance selon la revendication 1 ou 2, selon lequel l'inductance est reliée d'une part à la borne d'entrée et d'autre part aux moyens de commutations, les configurations de connexion étant une connexion respectivement à la borne de référence ou à la borne de sortie.
4. 4. Procédé de surveillance selon la revendication 3, selon lequel 10 l'inductance est estimée selon la formule 131(VE Vk Vs Po co dans laquelle VE est la tension d'entrée, Vs est la tension de sortie, PO est l'amplitude de la puissance de la perturbation, co est la pulsation de la perturbation De est l'amplitude de la perturbation sur le rapport cyclique dk 15 et Vk est une estimation de pertes dans le convertisseur (14) sous forme d'une contre-tension globale.
5. 5. Procédé de surveillance selon l'une des revendications 1 à 4, selon lequel on arrête les premières perturbations, on introduit une deuxième perturbation sur l'un des convertisseurs (14) uniquement, de 20 telle sorte que le courant de sortie est modifié par un courant ajouté, et on en déduit une estimation de la capacité du condensateur (12) en fonction de l'amplitude et de la pulsation de la perturbation ainsi que de la valeur estimée de l'inductance dans le convertisseur (14) perturbé et de la valeur efficace du courant ajouté. 25
6. 6. Procédé selon la revendication 5, selon lequel la capacité du condensateur (12) est estimée selon la formule :2(ie s C )rms (0)AV s)2 dans laquelle ig' est la partie alternative du courant dans le condensateur (12) résultant de la perturbation, AVs est la perturbation résultante sur la tension de sortie et co est la pulsation de la perturbation.
7. 7. Procédé selon la revendication 5, selon lequel on utilise un observateur d'état prenant en entrée les mesures des moyens de mesure, l'estimation des inductances et de la capacité du condensateur (12) et ayant en sortie une estimation de pertes pour chaque convertisseur (14) et de pertes globales.
8. 8. Procédé selon la revendication 7, selon lequel la contre-tension globale dans chaque convertisseur (14) est estimée par une contre-tension + V i = rLkk ck singulière et une résistance selon la formule Vk rik étant une estimation de la résistance interne de l'inductance (140) et est une estimation de la contre-tension singulière dans le convertisseur (14) et simulant d'autres pertes dans le convertisseur (14).
9. 9. Procédé selon la revendication 7, selon lequel les pertes globales sont symbolisées par un courant de fuite (In) entre la borne de sortie (11) et la borne de référence (13).
10. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, selon lequel l'observateur d'état est du type Luenberger ou un filtre de Kalman.
11. 11. Structure de conversion de courant continu, pour convertir un courant continu en provenance d'une alimentation (2) en courant continu à destination d'une charge (3), la structure (1) comportant une borne de référence (13) et une borne d'entrée (10) pour y connecter l'alimentation (2), une borne de sortie (11) pour connecter la charge (3) entre la borne de référence (13) et la borne de sortie (11), une pluralité de N convertisseurs (14) connectés en parallèle entre la borne d'entrée (10) et la borne desortie (11), un condensateur (12) connecté entre la borne de référence (13) et la borne de sortie (11), chaque convertisseur (14) comportant une inductance (140) connectée d'une part à la borne d'entrée (10) et d'autre part à des moyens de commutation (141), les moyens de commutation (141) étant agencés pour conférer alternativement sur commande plusieurs configurations de connection de l'inductance (140) entre la borne de sortie (11), la borne d'entrée ou à la borne de référence (13), de la tension de sortie entre la borne de sortie (11) et la borne de référence (13) et du courant de sortie vers la charge (3), et des moyens de régulation (4) pour piloter un rapport cyclique des moyens de commutation (141) de chaque convertisseur (14), les moyens de régulation (4) comportant une boucle globale pour réguler la sortie du convertisseur (14) et une boucle interne pour réguler le courant de chaque convertisseur (14) en fonction de la régulation globale, la structure (1) étant caractérisée en ce que les moyens de régulation sont agencés pour introduire une première perturbation sinusoïdale dans la commande en courant de chaque convertisseur (14), estimer la variation conséquente sur le rapport cyclique de commande dudit convertisseur (14) et en déduire une estimation de la valeur de l'inductance (140) de chaque convertisseur (14), pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 10.