FR3027470A1

FR3027470A1 - ISOLATED DC / DC CONVERTER AND VOLTAGE CONVERSION METHOD

Info

Publication number: FR3027470A1
Application number: FR1459952A
Authority: FR
Inventors: Sousa Luis De
Original assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Current assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-04-22
Anticipated expiration: 2034-10-16
Also published as: WO2016059354A1; CN107005174B; FR3027470B1; CN107005174A

Abstract

L'invention concerne un convertisseur DC/DC isolé (1) comprenant : -un premier bras (A) comprenant des interrupteurs (MA1, MA2) en série, ; - un deuxième bras comprenant une inductance (L) ayant une première borne connectée au point milieu du bras (A) et une deuxième borne reliée à l'entrée du convertisseur DC/DC isolé (1) ; - une capacité (Cl) connectée entre les bornes extrémales du premier bras (A) ; - un troisième bras (C) connecté au point milieu du premier bras (A) comprenant un composant magnétique comportant un circuit primaire et un circuit secondaire séparés par une barrière d'isolation électrique, ledit composant magnétique étant configuré pour, lors de la conversion d'une tension d'entrée (Ue) du convertisseur DC/DC isolé (1) en une tension de sortie (Uout), fonctionner comme un transformateur du circuit primaire vers le circuit secondaire et comme une impédance qui stocke de l'énergie au niveau du circuit primaire.The invention relates to an isolated DC / DC converter (1) comprising: a first arm (A) comprising switches (MA1, MA2) in series,; a second arm comprising an inductor (L) having a first terminal connected to the midpoint of the arm (A) and a second terminal connected to the input of the isolated DC / DC converter (1); a capacitance (C1) connected between the extremal terminals of the first arm (A); a third arm (C) connected to the midpoint of the first arm (A) comprising a magnetic component comprising a primary circuit and a secondary circuit separated by an electrical insulation barrier, said magnetic component being configured for, during the conversion of an input voltage (Ue) of the isolated DC / DC converter (1) to an output voltage (Uout), operate as a transformer from the primary circuit to the secondary circuit and as an impedance which stores energy at the of the primary circuit.

Description

CONVERTISSEUR DC/DC ISOLE ET PROCEDE DE CONVERSION DE TENSION La présente invention concerne un convertisseur DC/DC isolé, ainsi qu'un procédé de conversion de tension mis en oeuvre avec le convertisseur selon l'invention. Les convertisseurs DC/DC (pour « direct current/direct current » en anglais) isolés peuvent présenter des commutations à zéro de tension ou ZVS (pour « zero voltage switching » en anglais) ou des commutations à zéro de courant ou ZCS (pour « zero current switching » en anglais) qui permettent de réduire les pertes par commutation lors de la conversion de tension. Ces convertisseurs sont donc particulièrement avantageux dans une application automobile où la ressource en énergie est limitée. Dans un véhicule, on peut utiliser un convertisseur de tension pour adapter des niveaux de tension entre plusieurs réseaux électriques du véhicule ou pour convertir une tension entre une source d'énergie et un consommateur électrique embarqué dans le véhicule. On connait un convertisseur DC/DC isolé du brevet U55754413, illustré en figure 1. Le convertisseur comprend deux interrupteurs Ql, Q2 qui sont connectés en leur point milieu à une branche qui comprend deux transformateurs en série. Le convertisseur est agencé en demi-pont. Les interrupteurs contrôlent la transmission d'énergie à travers les transformateurs pour obtenir une conversion d'une tension d'entrée du convertisseur en une tension de sortie. Des diodes connectées aux secondaires des transformateurs permettent de redresser le signal de sortie. La tension de sortie est obtenue en contrôlant le rapport cyclique des interrupteurs. La figure 2 montre un graphe représentant le gain G du convertisseur DC/DC isolé de l'art antérieur, en fonction du rapport cyclique a du convertisseur DC/DC isolé. Le gain G correspond au rapport entre la tension en sortie du convertisseur DC/DC isolé sur la tension en entrée du convertisseur DC/DC isolé. En modifiant le rapport cyclique pour atteindre une valeur cible de tension de sortie, on ajuste le gain du convertisseur pour atteindre la valeur cible de tension de sortie. En particulier, lorsque la tension d'entrée du convertisseur DC/DC isolé varie, il est connu de faire varier le rapport cyclique des interrupteurs du convertisseur DC/DC isolé pour réguler sa tension de sortie, c'est-à-dire maintenir sa tension de sortie à une valeur souhaitée. Cependant, le stress en tension des diodes de redressement est fonction du rapport cyclique des interrupteurs du convertisseur. Ce stress peut devenir important lorsque le rapport cyclique devient proche de 0% ou 100%. Pour limiter le stress en tension des diodes de redressement, il est prévu, pour les deux transformateurs, des rapports de transformation respectifs qui sont différents. Mais cela complique la conception du convertisseur car les transformateurs ne peuvent pas être identiques et le courant au secondaire présente des discontinuités. En outre, en travaillant avec un rapport cyclique variable, les ondulations de courant en sortie peuvent varier fortement entrainant une variation du rendement du convertisseur. Pour conserver un fonctionnement avec un bon rendement, le rapport cyclique doit être peu variable. Or, l'allure de la courbe illustrée en figure 2 est parabolique, si bien que pour obtenir une variation du gain il faut faire varier fortement le rapport cyclique a du convertisseur DC/DC isolé. D'autre part, dans un véhicule, la tension d'une source d'énergie, telle qu'une batterie, peut varier fortement suivant l'énergie disponible. Une telle variation en entrée du convertisseur implique de faire varier le gain, et donc le rapport cyclique, de manière correspondante, ce qui limite l'utilisation du convertisseur DC/DC isolé dans un véhicule. Il est donc recherché une solution pour améliorer les performances d'un convertisseur DC/DC isolé de façon à permettre son utilisation dans un véhicule automobile. Afin de résoudre ce problème, l'invention concerne un convertisseur DC/DC isolé comportant : - un premier bras comprenant des interrupteurs en série ; - un deuxième bras comprenant une inductance ayant une première borne connectée au point milieu du bras et une deuxième borne reliée à l'entrée du convertisseur DC/DC isolé ; - une capacité connectée entre les bornes extrémales du premier bras ; - un troisième bras connecté au point milieu du premier bras comprenant un composant magnétique comportant un circuit primaire et un circuit secondaire séparés par une barrière d'isolation électrique, ledit composant magnétique étant configure pour, lors de la conversion d'une tension d'entrée du convertisseur DC/DC isolé en une tension de sortie, fonctionner comme un transformateur du circuit primaire vers le circuit secondaire et comme une impédance qui stocke de l'énergie au niveau du circuit primaire.The present invention relates to an isolated DC / DC converter, as well as to a voltage conversion method implemented with the converter according to the invention. Isolated direct current / direct current (DC / DC) converters may have zero voltage switching or zero current switching (ZVS) or zero current switching (ZCS) switching. zero current switching ") that reduce switching losses during voltage conversion. These converters are therefore particularly advantageous in an automotive application where the energy resource is limited. In a vehicle, a voltage converter can be used to adapt voltage levels between several electrical networks of the vehicle or to convert a voltage between a power source and an electrical consumer embedded in the vehicle. There is known a DC / DC converter isolated from U55754413 patent, illustrated in Figure 1. The converter comprises two switches Ql, Q2 which are connected at their midpoint to a branch which comprises two transformers in series. The converter is arranged in a half-bridge. The switches control the transmission of energy through the transformers to convert the input voltage of the converter to an output voltage. Diodes connected to the secondary of the transformers make it possible to straighten the output signal. The output voltage is obtained by controlling the duty cycle of the switches. FIG. 2 shows a graph representing the gain G of the DC / DC converter isolated from the prior art, as a function of the duty cycle a of the isolated DC / DC converter. The gain G corresponds to the ratio between the output voltage of the DC / DC converter isolated on the input voltage of the isolated DC / DC converter. By changing the duty cycle to reach an output voltage target value, the gain of the converter is adjusted to reach the output voltage target value. In particular, when the input voltage of the isolated DC / DC converter varies, it is known to vary the duty cycle of the switches of the isolated DC / DC converter to regulate its output voltage, that is to say to maintain its output voltage to a desired value. However, the voltage stress of the rectifying diodes is a function of the duty cycle of the converter switches. This stress can become important when the duty cycle becomes close to 0% or 100%. In order to limit the voltage stress of the rectifying diodes, the respective transformation ratios, which are different, are provided for the two transformers. But this complicates the design of the converter because the transformers can not be identical and the secondary current has discontinuities. In addition, by working with a variable duty cycle, the output current ripples can vary greatly causing a variation in the efficiency of the converter. To maintain a functioning with a good yield, the duty cycle must be little variable. Now, the shape of the curve illustrated in FIG. 2 is parabolic, so that to obtain a variation of the gain, the duty cycle a of the isolated DC / DC converter must be strongly varied. On the other hand, in a vehicle, the voltage of a power source, such as a battery, can vary greatly depending on the available energy. Such a variation in input of the converter involves varying the gain, and therefore the duty cycle, correspondingly, which limits the use of the DC / DC converter isolated in a vehicle. It is therefore sought a solution to improve the performance of an isolated DC / DC converter so as to allow its use in a motor vehicle. In order to solve this problem, the invention relates to an isolated DC / DC converter comprising: a first arm comprising switches in series; a second arm comprising an inductor having a first terminal connected to the midpoint of the arm and a second terminal connected to the input of the isolated DC / DC converter; a capacitor connected between the extremal terminals of the first arm; a third arm connected to the mid-point of the first arm comprising a magnetic component comprising a primary circuit and a secondary circuit separated by an electrical insulation barrier, said magnetic component being configured for, during the conversion of an input voltage; From the isolated DC / DC converter to an output voltage, operate as a transformer from the primary circuit to the secondary circuit and as an impedance that stores energy at the primary circuit.

Le premier bras, ainsi que la capacité, et l'inductance du deuxième bras contribuent au contrôle du transfert d'énergie à travers le composant magnétique. Grâce à sa configuration, le convertisseur DC/DC isolé selon l'invention présente un gain qui varie linéairement avec son rapport cyclique. Ainsi, dans le convertisseur DC/DC isolé selon l'invention, la variation du gain par rapport au rapport cyclique est plus élevée que dans un convertisseur de l'art antérieur. Contrairement à l'art antérieur, il n'est pas nécessaire de faire varier fortement le rapport cyclique pour faire varier le gain du convertisseur DC/DC isolé selon l'invention. Notamment, l'inductance du deuxième bras est directement reliée à l'entrée du convertisseur DC/DC isolé. En particulier, la tension de sortie du convertisseur DC/DC isolé est prise aux bornes du circuit secondaire du composant magnétique. En particulier, des successions d'ouverture et de fermeture des interrupteurs du premier bras permettent de convertir une tension d'entrée en une tension de sortie par l'intermédiaire du composant magnétique. En particulier, le composant magnétique fonctionne comme un transformateur du circuit primaire vers le circuit secondaire et comme une impédance qui stocke de l'énergie au niveau du circuit primaire sur une même période de fonctionnement du convertisseur. En particulier, le premier bras est commandé en modulation par largeur d'impulsion (« pulse width modulation » en anglais) et, sur une même période de modulation, le composant magnétique fonctionne comme un transformateur du circuit primaire vers le circuit secondaire et comme une impédance qui stocke de l'énergie au niveau du circuit primaire. Selon un mode de réalisation, le premier bras est configure pour contrôler la tension de sortie du convertisseur DC/DC isolé en modifiant le rapport cyclique du premier bras. Ainsi, une valeur de tension souhaitée en sortie du convertisseur DC/DC isolé est obtenue en ajustant le rapport cyclique du premier bras pour atteindre une valeur de gain permettant de délivrer la valeur de tension de sortie souhaitée. Par exemple, à chaque valeur de tension souhaitée en sortie du convertisseur DC/DC isolé correspond une valeur du rapport cyclique du premier bras. En particulier, les variations du rapport cyclique du premier bras permettent un fonctionnement du convertisseur DC/DC isolé pour une tension d'entrée quelconque ou comprise dans une gamme de fonctionnement. Par exemple, la différence entre une valeur minimale et une valeur maximale de la tension d'entrée du convertisseur DC/DC isolé est comprise entre 150 et 500V; par exemple, la valeur minimale de la tension d'entrée est comprise entre 150 et 200 V; et la valeur maximale de la tension d'entrée est comprise entre 400 et 500V, voire entre 400 et 650V. En particulier, les variations du rapport cyclique du premier bras permettent un fonctionnement du convertisseur DC/DC isolé pour une tension de sortie quelconque ou comprise dans une gamme de fonctionnement. La gamme de fonctionnement correspond à une tension de sortie Uout comprise entre une valeur minimale Uoutmi et une valeur maximale Uout.i. Par exemple, la tension cible Uout en sortie du convertisseur DC/DC isolé est comprise entre 12 et 16V. Par exemple, la valeur minimale Uoutmi de la tension de sortie est comprise entre 8 et 14V et la valeur maximale Uoutmaxi de la tension de sortie est comprise entre 15 et 16V. Selon un mode de réalisation, le premier bras est configure de sorte que son rapport cyclique a une valeur nominale, notamment sensiblement égale à 50%. Par valeur nominale on entend une valeur de fonctionnement préférée, le rapport cyclique étant susceptible de variations autour de cette valeur préférée. En particulier, la valeur nominale est une valeur de rapport cyclique à laquelle les pertes du convertisseur sont minimales ou le rendement du convertisseur est maximal. En particulier, lorsque la valeur nominale est égale à 50%, le courant en sortie du convertisseur DC/DC isolé, plus particulièrement en sortie du circuit secondaire du composant magnétique, présente des ondulations (« ripples » en anglais) qui sont faibles car les ondulations des courants dans des inductances magnétisantes du convertisseur DC/DC isolé, en particulier celles du composant magnétique, sont compensées. Selon un mode de réalisation, le convertisseur comprend un circuit destiné à implémenter une boucle de façon à asservir le rapport cyclique du premier bras à une différence entre la valeur de la tension de sortie du convertisseur DC/DC isolé et une consigne de tension de sortie du convertisseur DC/DC isolé. Selon un mode de réalisation, le composant magnétique est configure pour que : - sur une première partie d'une période de fonctionnement du convertisseur, une première partie du circuit primaire transfère une énergie vers une première partie du circuit secondaire et une deuxième partie du circuit primaire réalise une inductance stockant de l'énergie ; - sur une deuxième partie de la période de fonctionnement, une deuxième partie du circuit primaire transfère une énergie vers une deuxième partie du circuit secondaire, et la première partie du circuit primaire réalise une inductance stockant de 1 ' énergie. En particulier, le premier bras est commandé en modulation par largeur d'impulsion ; la première partie de période de fonctionnement correspond à une première partie de la période de modulation ; et la deuxième partie de la période de fonctionnement correspond à une deuxième partie de la période de modulation. Ces première et deuxième parties sont notamment déterminées par le rapport cyclique du premier bras. Selon une variante, le circuit primaire du composant magnétique comprend un enroulement primaire et le circuit secondaire du composant magnétique comprend au moins un premier enroulement secondaire et au moins un deuxième enroulement secondaire non couplés magnétiquement entre eux, lesdits premier et deuxième enroulements secondaires étant couplés magnétiquement à l'enroulement primaire. Il faut comprendre que le circuit secondaire comprend au moins un enroulement primaire, au moins un premier enroulement primaire et au moins un deuxième enroulement secondaire. En particulier, le circuit primaire du composant magnétique comprend un seul enroulement primaire. Notamment, l'enroulement primaire est relié au point milieu du premier bras. En particulier, la tension de sortie du convertisseur DC/DC isolé est prise aux bornes du ou des premiers enroulements secondaires et/ou du ou des deuxièmes enroulements secondaires. Selon une variante particulière, le composant magnétique est configuré pour agir d'une part comme un transformateur depuis l'enroulement primaire vers les enroulements secondaires, notamment d'une partie de l'enroulement primaire vers les enroulements secondaires ; et d'autre part comme une impédance qui stocke de l'énergie au niveau de l'enroulement primaire, notamment au niveau d'une autre partie de l'enroulement primaire. En particulier, le composant magnétique est configure pour agir comme un transformateur depuis l'enroulement primaire, notamment depuis une partie de l'enroulement primaire, soit vers le ou les premiers enroulements secondaires, soit vers le ou les deuxièmes enroulements secondaires ; tout en fonctionnant comme une impédance qui stocke de l'énergie au niveau de l'enroulement primaire, notamment au niveau d'une autre partie de l'enroulement primaire. Selon une variante particulière, l'enroulement secondaire vers lequel le composant magnétique agit comme un transformateur dépend de la tension fournie au niveau de l'enroulement primaire. Autrement dit, en fonction de la tension fournie au niveau de l'enroulement primaire, le composant magnétique fonctionne comme un transformateur soit vers le ou les premiers enroulements secondaires, soit vers le ou les deuxièmes enroulements secondaires.The first arm, as well as the capacitance, and the inductance of the second arm contribute to the control of the energy transfer through the magnetic component. Due to its configuration, the isolated DC / DC converter according to the invention has a gain that varies linearly with its duty cycle. Thus, in the isolated DC / DC converter according to the invention, the variation of the gain with respect to the duty cycle is higher than in a converter of the prior art. Unlike the prior art, it is not necessary to vary greatly the duty cycle to vary the gain of the DC / DC converter isolated according to the invention. In particular, the inductance of the second arm is directly connected to the input of the isolated DC / DC converter. In particular, the output voltage of the isolated DC / DC converter is taken at the terminals of the secondary circuit of the magnetic component. In particular, opening and closing successions of the switches of the first arm make it possible to convert an input voltage into an output voltage via the magnetic component. In particular, the magnetic component functions as a transformer of the primary circuit to the secondary circuit and as an impedance which stores energy at the primary circuit on the same period of operation of the converter. In particular, the first arm is controlled by pulse width modulation ("pulse width modulation") and, over the same modulation period, the magnetic component operates as a transformer from the primary circuit to the secondary circuit and as a impedance that stores energy at the primary circuit. According to one embodiment, the first arm is configured to control the output voltage of the isolated DC / DC converter by modifying the duty ratio of the first arm. Thus, a desired voltage value at the output of the isolated DC / DC converter is obtained by adjusting the duty ratio of the first arm to reach a gain value for delivering the desired output voltage value. For example, at each desired voltage value at the output of the isolated DC / DC converter corresponds a value of the duty cycle of the first arm. In particular, the variations of the duty cycle of the first arm allow operation of the isolated DC / DC converter for any input voltage or within an operating range. For example, the difference between a minimum value and a maximum value of the input voltage of the isolated DC / DC converter is between 150 and 500V; for example, the minimum value of the input voltage is between 150 and 200 V; and the maximum value of the input voltage is between 400 and 500V, or even between 400 and 650V. In particular, the variations of the duty ratio of the first arm allow operation of the isolated DC / DC converter for any output voltage or within an operating range. The operating range corresponds to an output voltage Uout between a minimum value Uoutmi and a maximum value Uout.i. For example, the target voltage Uout at the output of the isolated DC / DC converter is between 12 and 16V. For example, the minimum value Uoutmi of the output voltage is between 8 and 14V and the maximum value Uoutmaxi of the output voltage is between 15 and 16V. According to one embodiment, the first arm is configured so that its duty cycle has a nominal value, in particular substantially equal to 50%. By nominal value is meant a preferred operating value, the duty cycle being liable to variations around this preferred value. In particular, the nominal value is a duty cycle value at which the losses of the converter are minimal or the efficiency of the converter is maximum. In particular, when the nominal value is equal to 50%, the output current of the isolated DC / DC converter, more particularly at the output of the secondary circuit of the magnetic component, has ripples which are weak because the currents in magnetising inductances of the isolated DC / DC converter, in particular those of the magnetic component, are compensated. According to one embodiment, the converter comprises a circuit for implementing a loop so as to slave the duty cycle of the first arm to a difference between the value of the output voltage of the isolated DC / DC converter and an output voltage setpoint. isolated DC / DC converter. According to one embodiment, the magnetic component is configured so that: - on a first part of a period of operation of the converter, a first part of the primary circuit transfers energy to a first part of the secondary circuit and a second part of the circuit primary realizes an inductance storing energy; on a second part of the operating period, a second part of the primary circuit transfers energy to a second part of the secondary circuit, and the first part of the primary circuit produces an inductance storing energy. In particular, the first arm is controlled by pulse width modulation; the first part of the operating period corresponds to a first part of the modulation period; and the second part of the operating period corresponds to a second part of the modulation period. These first and second parts are in particular determined by the duty ratio of the first arm. According to a variant, the primary circuit of the magnetic component comprises a primary winding and the secondary circuit of the magnetic component comprises at least a first secondary winding and at least a second secondary winding not magnetically coupled to each other, said first and second secondary windings being magnetically coupled. to the primary winding. It should be understood that the secondary circuit comprises at least one primary winding, at least a first primary winding and at least a second secondary winding. In particular, the primary circuit of the magnetic component comprises a single primary winding. In particular, the primary winding is connected to the midpoint of the first arm. In particular, the output voltage of the isolated DC / DC converter is taken at the terminals of the first secondary windings and / or the secondary windings or second windings. According to a particular variant, the magnetic component is configured to act on the one hand as a transformer from the primary winding to the secondary windings, in particular from a portion of the primary winding to the secondary windings; and on the other hand as an impedance which stores energy at the primary winding, in particular at another part of the primary winding. In particular, the magnetic component is configured to act as a transformer from the primary winding, in particular from a part of the primary winding, either to the first secondary winding or to the second secondary winding or windings; while operating as an impedance that stores energy at the primary winding, especially at another part of the primary winding. According to a particular variant, the secondary winding to which the magnetic component acts as a transformer depends on the voltage supplied at the primary winding. In other words, depending on the voltage supplied at the primary winding, the magnetic component operates as a transformer to either the first or the second secondary windings, or to the second or second secondary windings.

Selon une variante, le composant magnétique comprend au moins un premier et un deuxième transformateurs en série. Selon une variante particulière : - le primaire du premier transformateur forme la première partie du circuit primaire et le secondaire du premier transformateur forme la première partie du circuit secondaire ; - le primaire du deuxième transformateur forme la deuxième partie du circuit primaire et le secondaire du deuxième transformateur forme la deuxième partie du circuit secondaire.According to one variant, the magnetic component comprises at least a first and a second transformer in series. According to a particular variant: the primary of the first transformer forms the first part of the primary circuit and the secondary of the first transformer forms the first part of the secondary circuit; the primary of the second transformer forms the second part of the primary circuit and the secondary of the second transformer forms the second part of the secondary circuit.

En particulier, les primaires des transformateurs sont en série et reliés au point milieu du premier bras. En particulier, la tension de sortie du convertisseur DC/DC isolé est prise aux bornes du ou des secondaires du premier transformateur et/ou du deuxième transformateur. Selon un mode de réalisation, le premier bras et le troisième bras comprenant le composant magnétique forment une structure en demi-pont. En particulier, le troisième bras comprenant le composant magnétique est connecté d'une part au point milieu du deuxième bras et d'autre part à une masse du convertisseur DC/DC isolé. Alternativement, le premier bras et le troisième bras comprenant le composant magnétique forment une structure en pont complet avec d'autres interrupteurs. En particulier, le troisième bras comprenant le composant magnétique est connecté d'une part au point milieu du premier bras et d'autre part au point milieu d'un quatrième bras comprenant des interrupteurs en série. Selon un mode de réalisation, au moins un des interrupteurs comprend une capacité en parallèle, notamment les interrupteurs du premier et/ou du quatrième bras.In particular, the primary of the transformers are in series and connected to the midpoint of the first arm. In particular, the output voltage of the isolated DC / DC converter is taken across the secondary or secondary of the first transformer and / or the second transformer. According to one embodiment, the first arm and the third arm comprising the magnetic component form a half-bridge structure. In particular, the third arm comprising the magnetic component is connected on the one hand to the midpoint of the second arm and on the other hand to a ground of the isolated DC / DC converter. Alternatively, the first arm and the third arm comprising the magnetic component form a full bridge structure with other switches. In particular, the third arm comprising the magnetic component is connected firstly to the midpoint of the first arm and secondly to the midpoint of a fourth arm comprising switches in series. According to one embodiment, at least one of the switches comprises a capacitor in parallel, in particular the switches of the first and / or fourth arm.

L'invention concerne aussi un procédé de conversion de tension comprenant les étapes consistant à: - fournir au moins un convertisseur DC/DC isolé selon l'invention ; - convertir une tension d'entrée du convertisseur DC/DC isolé en une tension de sortie.The invention also relates to a voltage conversion method comprising the steps of: - providing at least one isolated DC / DC converter according to the invention; converting an input voltage of the isolated DC / DC converter into an output voltage.

En particulier, la conversion d'une tension d'entrée en une tension de sortie comprend des successions d'ouverture et de fermeture des interrupteurs du premier bras qui permettent de convertir une tension d'entrée en une tension de sortie par l'intermédiaire du composant magnétique. Selon un mode de réalisation, le rapport cyclique du premier bras a une valeur nominale, notamment sensiblement égale à 50%. Le procédé selon l'invention peut comprendre l'une des caractéristiques décrites précédemment en relation avec le convertisseur DC/DC isolé selon l'invention. L'invention sera mieux comprise en faisant référence aux dessins, dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite, illustre un exemple de convertisseur DC/DC isolé selon l'art antérieur ; - la figure 2, déjà décrite, montre un graphe représentant le gain en fonction du rapport cyclique pour le convertisseur de la figure 1 ; - la figure 3 illustre un exemple de convertisseur DC/DC isolé selon l'invention ; - les figures 4 et 5 comportent des schémas équivalents du convertisseur de la figure 3 sur des parties différentes d'une période de fonctionnement ; - la figure 6 comporte des chronogrammes illustrant un fonctionnement du convertisseur de la figure 3 ; - la figure 7 montre un graphe représentant le gain en fonction du rapport cyclique pour le convertisseur de la figure 3 ; - la figure 8 illustre une variante du convertisseur de la figure 3 ; - la figure 9 illustre une variante du composant magnétique du convertisseur de la figure 3 ; - les figures 10a à 10e illustrent des exemples de réalisation du composant magnétique illustré en figure 9. Le convertisseur selon l'invention sera mieux compris en faisant référence à la figure 3 qui présente un exemple de convertisseur DC/DC isolé selon l'invention.In particular, the conversion of an input voltage into an output voltage comprises successions of opening and closing of the switches of the first arm which make it possible to convert an input voltage into an output voltage via the magnetic component. According to one embodiment, the duty ratio of the first arm has a nominal value, in particular substantially equal to 50%. The method according to the invention may comprise one of the characteristics described above in relation to the isolated DC / DC converter according to the invention. The invention will be better understood with reference to the drawings, in which: FIG. 1, already described, illustrates an example of an isolated DC / DC converter according to the prior art; FIG. 2, already described, shows a graph representing the gain as a function of the duty cycle for the converter of FIG. 1; FIG. 3 illustrates an example of an isolated DC / DC converter according to the invention; FIGS. 4 and 5 comprise equivalent diagrams of the converter of FIG. 3 on different parts of an operating period; FIG. 6 includes timing diagrams illustrating an operation of the converter of FIG. 3; FIG. 7 shows a graph representing the gain as a function of the duty cycle for the converter of FIG. 3; FIG. 8 illustrates a variant of the converter of FIG. 3; FIG. 9 illustrates a variant of the magnetic component of the converter of FIG. 3; FIGS. 10a to 10e illustrate exemplary embodiments of the magnetic component illustrated in FIG. 9. The converter according to the invention will be better understood by referring to FIG. 3 which presents an example of an isolated DC / DC converter according to the invention.

Le convertisseur DC/DC isolé 1 comprend un premier bras A d'interrupteurs en série. Le bras A comprend des interrupteurs MA1, MA2, dont une succession d'ouvertures et de fermetures permet de contrôler la sortie du convertisseur DC/DC isolé 1. L'interrupteur MA2, dit interrupteur côté bas, est connecté à la borne basse de la source de tension. Cette borne basse correspond notamment à une première masse GND1 du convertisseur DC/DC isolé 1. L'autre interrupteur MA1, dit interrupteur côté haut, est connecté à une borne d'une capacité Cl. Ces interrupteurs peuvent être des transistors, tels que des transistors MOSFET, IGBT, ou autres. Une partie, notamment les interrupteurs du premier bras A, ou la totalité du convertisseur DC/DC isolé 1 peut être réalisé à partir d'un matériau semiconducteur tel que du silicium (Si), du nitrure de gallium (GaN), du carbure de silicium (SiC), ou tout autre matériau semiconduteur. Chaque interrupteur MA1, MA2, peut comprendre un transistor en parallèle avec une diode de roue libre et/ou une capacité CA1, CA2. Ces capacités CA1, CA2 servent à faire une commutation à zéro de tension ou ZVS (pour « Zero Voltage Switching » en anglais) lors de l'ouverture des interrupteurs MA1, MA2. A l'ouverture d'un interrupteur MA1, MA2 on utilise une inductance, notamment une inductance de fuite d'un composant magnétique décrit par lasuite, pour décharger et recharger la capacité CA1, CA2 qui est aux bornes de l'interrupteur. Une fois que la tension est proche de OV on vient commander l'interrupteur, et ainsi on réalise une commutation sous zéro de tension, ce qui réduit fortement les pertes en commutation. Ces capacités CA1, CA2 peuvent être intrinsèquement présentes dans la structure du semi-conducteur composant les interrupteurs MA1, MA2, en tant qu'éléments parasites. Les capacités parasites des interrupteurs MA1, MA2 peuvent donc suffire pour réaliser la commutation à zéro de tension sans ajout de capacité supplémentaires. Les interrupteurs MA1, MA2 pourraient se passer de ces capacités CA1, CA2. Une capacité Cl est connectée entre les bornes extrémales du premier bras A. En particulier, la capacité Cl est connectée à l'interrupteur côté haut MA1 du premier bras A et à l'interrupteur côté bas MA2 du premier bras A, à une borne respective qui est différente du point milieu du premier bras A. La capacité Cl permet de créer un bus continu interne au convertisseur DC/DC isolé 1. Le convertisseur DC/DC isolé 1 comprend un deuxième bras B qui comporte une inductance L. L'inductance L a une première borne connectée au point milieu des deux interrupteurs MA1, MA2 du premier bras A, et une deuxième borne connectée à l'entrée du convertisseur DC/DC isolé 1. Le point milieu entre les deux interrupteurs MA1, MA2 du premier bras A est connecté à un troisième bras C qui comprend un composant magnétique comportant deux transformateurs d'isolation Ti, T2 en série. Chaque transformateur Ti, T2 comprend un primaire L11, L21 et un secondaire L12, L22. Les primaires L11, L21 et les secondaires L12, L22 sont respectivement en série. Les transformateurs Ti, T2 ont un même rapport de transformation. Cependant, les transformateurs Ti, T2 pourraient avoir des rapports de transformation différents. Une capacité C33 est en série avec les transformateurs Ti, T2. Cependant le convertisseur DC/DC isolé 1 pourrait se passer de cette capacité C33. La capacité C33 permet de supprimer la composante continue du signal transmis par les transformateurs Ti, T2, notamment dans le cas d'une structure en demi-pont. La capacité C33 peut être supprimée dans une structure en pont complet. Les secondaires L12, L22 sont en série, avec leur point milieu connecté à la sortie Uout du convertisseur DC/DC isolé 1 et leur autre borne connectée à une deuxième masse GND2 du convertisseur DC/DC isolé 1. Des diodes D31, D32 sont connectées aux secondaires L12, L22 pour redresser le signal issu des transformateurs Ti, T2. A cet effet, chaque diode D31, D32 a sa cathode respective connectée à une borne du secondaire L12, L22 différente du point milieu. La sortie haute est prise au point milieu des secondaires L12, L22. Le point milieu des secondaires L12, L22 n'est donc pas connecté à la deuxième masse GND2. Une borne commune aux deux diodes D31, D32 est reliée à la deuxième masse GND2. Dans une variante, une diode D31 a son anode connectée à une borne d'un secondaire L12 et l'autre diode D32 a son anode connectée à une borne de l'autre secondaire L22, ces bornes étant différentes du point milieu des deux secondaires L12, L22. Le point milieu des secondaires L12, L22 est connecté à la deuxième masse GND2. La sortie du convertisseur DC/DC isolé 1 est prise entre la borne des diodes D31, D32 qui n'est pas connectée aux secondaires L12, L22 et qui est commune aux deux diodes D31, D32 et la deuxième masse GND2. La sortie haute est donc prise à la borne commune des diodes D31, D32. Les diodes D31, D32 pourraient être avantageusement remplacées par des interrupteurs, notamment des transistors, tels que des transistors MOSFET, IGBT ou autres, afin d'obtenir par exemple un redressement synchrone en sortie des transformateurs Ti, T2. Pour des applications à fort courant au secondaire l'usage de transistors à la place des diodes permet d'améliorer le rendement global du convertisseur DC/DC isolé 1. Le convertisseur DC/DC isolé 1 peut comprendre une capacité (non représentée) pour filtrer le signal de sortie.The isolated DC / DC converter 1 comprises a first arm A of switches in series. The arm A comprises switches MA1, MA2, a succession of openings and closures to control the output of the isolated DC / DC converter 1. The switch MA2, said switch low side, is connected to the lower terminal of the voltage source. This lower terminal corresponds in particular to a first mass GND1 of the isolated DC / DC converter 1. The other switch MA1, called the high-side switch, is connected to a terminal of a capacitor C1. These switches may be transistors, such as MOSFET, IGBT, or other transistors. A part, in particular the switches of the first arm A, or the whole of the isolated DC / DC converter 1 can be made from a semiconductor material such as silicon (Si), gallium nitride (GaN), carbide of silicon (SiC), or any other semiconductor material. Each switch MA1, MA2 may comprise a transistor in parallel with a freewheeling diode and / or a capacitance CA1, CA2. These capabilities CA1, CA2 are used to make a zero voltage switching or ZVS (for "Zero Voltage Switching" in English) when opening switches MA1, MA2. At the opening of a switch MA1, MA2 is used an inductance, including a leakage inductance of a magnetic component described by lasuite, to discharge and recharge the capacitance CA1, CA2 which is across the switch. Once the voltage is close to OV we just order the switch, and so we perform a switching under zero voltage, which greatly reduces switching losses. These capacitances CA1, CA2 may be intrinsically present in the semiconductor structure of the switches MA1, MA2, as parasitic elements. The parasitic capacitances of the switches MA1, MA2 may therefore be sufficient to perform the zero-voltage switching without adding additional capacity. The switches MA1, MA2 could dispense with these capabilities CA1, CA2. A capacitor C1 is connected between the extremal terminals of the first arm A. In particular, the capacitor C1 is connected to the high-side switch MA1 of the first arm A and to the low-side switch MA2 of the first arm A, to a respective terminal. which is different from the middle point of the first arm A. The capacitor C1 makes it possible to create an internal DC bus to the isolated DC / DC converter 1. The isolated DC / DC converter 1 comprises a second arm B which comprises an inductor L. The inductor L has a first terminal connected to the midpoint of the two switches MA1, MA2 of the first arm A, and a second terminal connected to the input of the isolated DC / DC converter 1. The midpoint between the two switches MA1, MA2 of the first arm A is connected to a third arm C which comprises a magnetic component comprising two isolation transformers T1, T2 in series. Each transformer T1, T2 comprises a primary L11, L21 and a secondary L12, L22. The primary L11, L21 and secondary L12, L22 are respectively in series. Transformers Ti, T2 have the same transformation ratio. However, the transformers Ti, T2 could have different transformation ratios. A capacitor C33 is in series with transformers Ti, T2. However the isolated DC / DC converter 1 could do without this capacity C33. The capacitor C33 makes it possible to eliminate the DC component of the signal transmitted by the transformers Ti, T2, in particular in the case of a half-bridge structure. The C33 capability can be removed in a full bridge structure. The secondary L12, L22 are in series, with their midpoint connected to the output Uout of the isolated DC / DC converter 1 and their other terminal connected to a second ground GND2 of the isolated DC / DC converter 1. Diodes D31, D32 are connected to the secondary L12, L22 for rectifying the signal from transformers Ti, T2. For this purpose, each diode D31, D32 has its respective cathode connected to a secondary terminal L12, L22 different from the midpoint. The high output is taken at the middle point of the secondary L12, L22. The midpoint of the secondary L12, L22 is not connected to the second mass GND2. A common terminal to the two diodes D31, D32 is connected to the second ground GND2. In a variant, a diode D31 has its anode connected to a terminal of a secondary L12 and the other diode D32 has its anode connected to a terminal of the other secondary L22, these terminals being different from the midpoint of the two secondary L12s. , L22. The midpoint of the secondary L12, L22 is connected to the second mass GND2. The output of the isolated DC / DC converter 1 is taken between the diode terminal D31, D32 which is not connected to the secondary L12, L22 and which is common to the two diodes D31, D32 and the second ground GND2. The high output is therefore taken at the common terminal of the diodes D31, D32. The diodes D31, D32 could advantageously be replaced by switches, in particular transistors, such as MOSFET, IGBT or other transistors, in order to obtain, for example, synchronous rectification at the output of the transformers T1, T2. For high-current secondary applications the use of transistors in place of the diodes makes it possible to improve the overall efficiency of the isolated DC / DC converter 1. The isolated DC / DC converter 1 may comprise a capacitor (not shown) for filtering the output signal.

Les interrupteurs MA1, MA2 du premier bras A ont un rapport cyclique qui permet de transférer une énergie à travers les transformateurs Ti, T2. Le fonctionnement du convertisseur DC/DC isolé 1 va être décrit en faisant référence aux figures 4 à 6. Les interrupteurs MA1, MA2 sont commandés par une modulation de largeur d'impulsion avec une période T de modulation. Les durées de première et deuxième parties de fonctionnement sont définies par le rapport cyclique a des interrupteurs MA1, MA2. Sur une première partie de fonctionnement, c'est-à-dire sur une première partie de la période de modulation T, illustrée en figure 4, l'interrupteur côté haut MA1 est ouvert et l'interrupteur côté bas MA2 est fermé. Le primaire L21 du deuxième transformateur T2 réalise une inductance stockant de l'énergie, et le primaire L11 du premier transformateur Ti transfère une énergie vers le secondaire L12 du premier transformateur Ti. Le chronogramme illustré en figure 6 représente les signaux électriques du convertisseur sur la première période de fonctionnement d'une durée aT. Le courant d'entrée Te a une allure croissante qui est déterminée par l'inductance L du deuxième bras B. Dans le troisième bras C, la tension aux bornes de la capacité C33 est égale à la tension aux bornes des primaires L11, L21 en série. La tension aux bornes de la capacité C33 étant négative, la diode D31 connectée au secondaire L12 du premier transformateur Ti est passante alors que la diode D32 connectée au secondaire L22 du deuxième transformateur T2 est bloquée. Seul le premier transformateur Ti peut donc transférer de l'énergie vers le circuit secondaire. Le primaire L21 du deuxième transformateur T2 fonctionne comme une inductance grâce notamment à une inductance magnétisante liée au primaire L21 du deuxième transformateur T2, et contrôle la croissance du courant de sortie Tout.The switches MA1, MA2 of the first arm A have a duty cycle which makes it possible to transfer energy through the transformers Ti, T2. The operation of the isolated DC / DC converter 1 will be described with reference to FIGS. 4 to 6. The switches MA1, MA2 are controlled by a pulse width modulation with a modulation period T. The durations of first and second operating parts are defined by the duty cycle at switches MA1, MA2. On a first operating part, that is to say on a first part of the modulation period T, illustrated in FIG. 4, the high-side switch MA1 is open and the low-side switch MA2 is closed. The primary L21 of the second transformer T2 realizes an inductor storing energy, and the primary L11 of the first transformer Ti transfers energy to the secondary L12 of the first transformer Ti. The timing diagram illustrated in FIG. 6 represents the electrical signals of the converter over the first operating period of a duration aT. The input current Te has an increasing speed which is determined by the inductance L of the second arm B. In the third arm C, the voltage across the capacitor C33 is equal to the voltage across the primary terminals L11, L21. series. The voltage across the capacitor C33 being negative, the diode D31 connected to the secondary L12 of the first transformer Ti is conducting while the diode D32 connected to the secondary L22 of the second transformer T2 is blocked. Only the first transformer Ti can therefore transfer energy to the secondary circuit. The primary L21 of the second transformer T2 functions as an inductor thanks in particular to a magnetizing inductance linked to the primary L21 of the second transformer T2, and controls the growth of the output current Tout.

Sur une deuxième partie de fonctionnement, c'est-à-dire sur une deuxième partie de la période de modulation T, illustrée en figure 5, l'interrupteur côté haut MA1 est fermé et l'interrupteur côté bas MA2 est ouvert. Le primaire L11 du premier transformateur Ti réalise une inductance stockant de l'énergie et le primaire L21 du deuxième transformateur T2 transfère une énergie vers le secondaire L22 du deuxième transformateur T2. Le chronogramme illustré en figure 6 représente les signaux électriques du convertisseur sur la deuxième partie de la période de modulation d'une durée (1-a)T. Le courant d'entrée Te a une allure décroissante qui est déterminée par l'inductance L du deuxième bras. La tension aux bornes de l'inductance L est égale à la différence entre la tension aux bornes de la capacité Cl et la tension d'entrée Ue.On a second operating part, that is to say on a second part of the modulation period T, illustrated in FIG. 5, the high-side switch MA1 is closed and the low-side switch MA2 is open. The primary L11 of the first transformer Ti realizes an inductance storing energy and the primary L21 of the second transformer T2 transfers energy to the secondary L22 of the second transformer T2. The timing diagram illustrated in FIG. 6 represents the electrical signals of the converter on the second part of the modulation period of a duration (1-a) T. The input current Te has a decreasing rate which is determined by the inductance L of the second arm. The voltage across the inductance L is equal to the difference between the voltage across the capacitor C1 and the input voltage Ue.

Dans le troisième bras C, la tension aux bornes de la capacité C33 est égale à la tension aux bornes des primaires L11, L21 en série. La tension aux bornes de la capacité C33 étant positive, la diode D31 connectée au secondaire L12 du premier transformateur T 1 est bloquée alors que la diode D32 connectée au secondaire L22 du deuxième transformateur T2 est passante. Seul le deuxième transformateur T2 peut donc transférer de l'énergie vers le circuit secondaire. Le primaire L11 du premier transformateur Ti fonctionne comme une inductance grâce notamment à une inductance magnétisante liée au primaire L11 du premier transformateur Ti, et contrôle la décroissance du courant de sortie Tout.In the third arm C, the voltage across the capacitor C33 is equal to the voltage across the primary series L11, L21. The voltage across the capacitor C33 being positive, the diode D31 connected to the secondary L12 of the first transformer T 1 is blocked while the diode D32 connected to the secondary L22 of the second transformer T2 is conducting. Only the second transformer T2 can therefore transfer energy to the secondary circuit. The primary L11 of the first transformer Ti functions as an inductor thanks in particular to a magnetizing inductance linked to the primary L11 of the first transformer Ti, and controls the decay of the output current Tout.

Sur une période de modulation T, en valeur moyenne, la tension UC1 aux bornes de la capacité Cl est fonction de la tension d'entrée Ue du convertisseur DC/DC isolé 1 et du rapport cyclique a, et est donnée par la relation Ue UC1= 1-a Sur une période de modulation T, la somme des tensions aux bornes des primaires L11, L21 des transformateurs Ti, T2 est égale à zéro. Ceci implique la relation suivante : N x Uout = (1- a)a x UC1 Où N est le rapport entre les rapports de transformation des transformateurs Tl, T2 du composant magnétique. La relation entre la tension de sortie Uout et la tension d'entrée Ue du convertisseur DC/DC isolé 1 est donc donnée par la relation Ue Uout = a -N Le convertisseur DC/DC isolé 1 a donc un gain G=Uout/Ue qui varie linéairement avec son rapport cyclique a comme illustré en figure 7. Ainsi, dans le convertisseur DC/DC isolé selon l'invention, la variation du gain par rapport au rapport cyclique est plus élevée que dans le convertisseur de l'art antérieur. Contrairement à l'art antérieur, il n'est pas nécessaire de faire varier fortement le rapport cyclique pour faire varier le gain du convertisseur DC/DC isolé 1. Dans une variante, les interrupteurs MA1, MA2 du premier bras A fonctionnent avec un rapport cyclique a qui a une valeur nominale. Cette valeur de rapport cyclique est préférée au cours du fonctionnement du convertisseur DC/DC isolé et correspond à un couple de tension d'entrée Ue et de sortie Uout donné. Cependant, le rapport cyclique reste susceptible de variation pour permettre un fonctionnement du convertisseur DC/DC isolé à des valeurs de tension d'entrée et/ou de sortie différentes. En particulier, lorsque la tension d'entrée Ue du convertisseur DC/DC isolé 1 varie, le premier bras A permet de s'assurer que la tension de sortie Uout garde une valeur désirée. Ainsi, si la tension d'entrée Ue du convertisseur DC/DC isolé 1 change de valeur, le rapport cyclique a est modifié de façon correspondante pour maintenir la tension de sortie Uout à une valeur souhaitée. Ceci est particulièrement avantageux dans un véhicule électrique où le niveau de charge d'une batterie peut varier au cours du temps. En particulier, la valeur nominale de rapport cyclique est sensiblement égale à 50%. Les stress en tension aux bornes des diodes D31, D32 sont fonction du rapport cyclique a du premier bras A, et sont donnés par les expressions suivantes : U(D31) = Uout/(1 - a) et U(D32) = uout/a Lorsque le rapport cyclique a est sensiblement égal à 50%, les stress en tension aux bornes de deux diodes D31, D32 sont égaux ; l'usure est la même entre les diodes D31, D32. En outre, à un rapport cyclique de 50%, les ondulations de courant dues aux inductances magnétisantes des transformateurs T1,T2 sont compensées entre elles. Ainsi, le courant aux secondaires L12, L22 est continu.Over a modulating period T, in average value, the voltage UC1 across the capacitors C1 is a function of the input voltage Ue of the isolated DC / DC converter 1 and the duty cycle a, and is given by the relation Ue UC1 = 1-a Over a period of modulation T, the sum of the voltages across the primary L11, L21 of the transformers Ti, T2 is equal to zero. This implies the following relation: ## EQU1 ## where N is the ratio between the transformation ratios of the transformers T1, T2 of the magnetic component. The relationship between the output voltage Uout and the input voltage Ue of the isolated DC / DC converter 1 is therefore given by the relationship Ue Uout = a -N The isolated DC / DC converter 1 thus has a gain G = Uout / Ue which varies linearly with its duty cycle has as illustrated in FIG. 7. Thus, in the isolated DC / DC converter according to the invention, the variation of the gain with respect to the duty cycle is higher than in the converter of the prior art. Unlike the prior art, it is not necessary to vary greatly the duty cycle to vary the gain of the isolated DC / DC converter 1. In a variant, the switches MA1, MA2 of the first arm A operate with a ratio cyclical to which has a nominal value. This duty cycle value is preferred during operation of the isolated DC / DC converter and corresponds to a given input voltage Ue and output Uout. However, the duty cycle remains variable to allow operation of the isolated DC / DC converter at different input and / or output voltage values. In particular, when the input voltage Ue of the isolated DC / DC converter 1 varies, the first arm A ensures that the output voltage Uout retains a desired value. Thus, if the input voltage Ue of the isolated DC / DC converter 1 changes value, the duty cycle a is correspondingly modified to maintain the output voltage Uout at a desired value. This is particularly advantageous in an electric vehicle where the charge level of a battery can vary over time. In particular, the nominal duty cycle value is substantially equal to 50%. The voltage stresses across the diodes D31, D32 are a function of the duty cycle a of the first arm A, and are given by the following expressions: U (D31) = Uout / (1 - a) and U (D32) = uout / When the duty ratio a is substantially equal to 50%, the voltage stresses across two diodes D31, D32 are equal; the wear is the same between the diodes D31, D32. In addition, at a duty cycle of 50%, the current ripple due to the magnetising inductances of the transformers T1, T2 are compensated for each other. Thus, the secondary current L12, L22 is continuous.

Le convertisseur DC/DC isolé 1 de la figure 3 peut comprendre une unité de commande 5 du premier bras A, comme illustré par exemple en figure 8. L'unité de commande 5 délivre un signal S2 de modulation en largeur d'impulsion qui commande l'ouverture et la fermeture des interrupteurs MAL MA2 du premier bras A pour contrôler la tension de sortie Uout du convertisseur DC/DC isolé 1. Les interrupteurs MAL MA2 du premier bras A sont commandés afin d'obtenir une valeur de tension souhaitée en sortie du convertisseur DC/DC isolé 1. Plus particulièrement, l'unité de commande 5 réalise une première boucle d'asservissement du rapport cyclique a du premier bras A à une différence entre la valeur Uout mes de la tension de sortie du convertisseur DC/DC isolé 1 et une tension Uout souhaitée en sortie du convertisseur DC/DC isolé 1. A cet effet, l'unité de commande 5 reçoit la tension Uout mes mesurée en sortie du convertisseur DC/DC isolé 1, éventuellement multipliée par un gain Ki. L'unité de commande 5 compare ensuite une consigne de tension U* avec la tension Uout mes mesurée. La consigne de tension U* correspond à la tension Uout souhaitée en sortie du convertisseur DC/DC isolé 1. En fonction du résultat de la comparaison, un contrôleur 51 délivre au premier bras A un signal S2 déterminant le rapport cyclique a. Dans l'exemple illustré en figure 3, le composant magnétique du convertisseur DC/DC isolé 1 comprend un premier Ti et un deuxième T2 transformateurs en série.The isolated DC / DC converter 1 of FIG. 3 may comprise a control unit 5 of the first arm A, as illustrated for example in FIG. 8. The control unit 5 delivers a pulse width modulation signal S2 which controls the opening and closing of the MAL MA2 switches of the first arm A to control the output voltage Uout of the isolated DC / DC converter 1. The MAL MA2 switches of the first arm A are controlled in order to obtain a desired voltage value at the output of the isolated DC / DC converter 1. More particularly, the control unit 5 performs a first control loop of the duty cycle a of the first arm A at a difference between the value Uout mes of the output voltage of the DC / DC converter. isolated 1 and a desired voltage Uout at the output of the isolated DC / DC converter 1. For this purpose, the control unit 5 receives the voltage Uout mes measured at the output of the isolated DC / DC converter 1, possibly multiplied by a Ki gain. The control unit 5 then compares a voltage setpoint U * with the voltage Uout mes measured. The voltage setpoint U * corresponds to the desired voltage Uout at the output of the isolated DC / DC converter 1. According to the result of the comparison, a controller 51 delivers to the first arm A a signal S2 determining the duty cycle a. In the example illustrated in FIG. 3, the magnetic component of the isolated DC / DC converter 1 comprises a first T1 and a second T2 series transformers.

Le composant magnétique peut être remplacé par un composant magnétique illustré en figure 9. Le composant magnétique 31 comprend un circuit primaire avec un seul enroulement primaire 33 relié à la capacité C33 et un circuit secondaire avec deux enroulements secondaires 35a et 35b. Les deux enroulements secondaires 35a et 35b sont couplés magnétiquement à l'enroulement primaire 33 mais ne sont pas couplés magnétiquement entre eux. Un tel composant magnétique 31 permet non seulement de réduire le coût du convertisseur en réduisant le nombre de composants comprenant de la ferrite, mais aussi de réduire l'encombrement du convertisseur en permettant d'obtenir un convertisseur plus compact. Le fonctionnement du convertisseur DC/DC isolé 1 reste le même. Le composant magnétique 31 fonctionne d'une manière similaire à deux transformateurs parfaits en série. Sur la première partie de la période de modulation, une première partie de l'enroulement primaire 33 transfère l'énergie vers le premier enroulement secondaire 35a et une deuxième partie de l'enroulement primaire 33 réalise une inductance. Sur la deuxième partie de la période de modulation, la première partie de l'enroulement primaire 33 réalise une inductance et la deuxième partie de l'enroulement primaire 33 transfère l'énergie vers le deuxième secondaire 35b. Différentes configurations permettant d'obtenir un composant magnétique 31 permettant un couplage magnétique entre l'enroulement primaire 33 et les enroulements secondaires 35a et 35b sans qu'il n'y ait de couplage magnétique entre les enroulements secondaires 35a et 35b sont illustrés en figures 10a à 10c. Les figures 10d, 10e illustrent des exemples de composant magnétique 31 qui comprennent au moins deux premiers enroulements secondaires 35a en parallèle et au moins deux deuxièmes enroulements secondaires 35b en parallèle. Ces configurations sont avantageuses dans des applications où le courant circulant dans le convertisseur DC/DC isolé 1 est élevé, par exemple supérieur à 100A, voire supérieur à 200A. Le convertisseur DC/DC isolé 1 comprend alors plusieurs diodes D31, chacune connectée à un premier enroulement secondaire 35a respectif ; et plusieurs diodes D32, chacune connectée à un deuxième enroulement secondaire 35b respectif. Comme dans l'exemple illustré en figure 3, les diodes D31, D32 pourraient être remplacées par des interrupteurs. Les composants 31 illustrés en figures 10a à 10e sont décrits plus avant dans la demande de brevet français 1458573.The magnetic component may be replaced by a magnetic component illustrated in Figure 9. The magnetic component 31 comprises a primary circuit with a single primary winding 33 connected to the capacitor C33 and a secondary circuit with two secondary windings 35a and 35b. The two secondary windings 35a and 35b are magnetically coupled to the primary winding 33 but are not magnetically coupled to each other. Such a magnetic component 31 not only reduces the cost of the converter by reducing the number of components comprising ferrite, but also reduce the size of the converter to obtain a more compact converter. The operation of the isolated DC / DC converter 1 remains the same. Magnetic component 31 operates in a manner similar to two perfect series transformers. On the first part of the modulation period, a first portion of the primary winding 33 transfers energy to the first secondary winding 35a and a second portion of the primary winding 33 provides an inductance. On the second part of the modulation period, the first part of the primary winding 33 produces an inductance and the second part of the primary winding 33 transfers the energy to the second secondary 35b. Various configurations making it possible to obtain a magnetic component 31 enabling magnetic coupling between the primary winding 33 and the secondary windings 35a and 35b without there being any magnetic coupling between the secondary windings 35a and 35b are illustrated in FIGS. at 10c. Figures 10d, 10e illustrate examples of magnetic component 31 which comprise at least two first secondary windings 35a in parallel and at least two second secondary windings 35b in parallel. These configurations are advantageous in applications where the current flowing in the isolated DC / DC converter 1 is high, for example greater than 100A, or even greater than 200A. The isolated DC / DC converter 1 then comprises a plurality of diodes D31, each connected to a respective first secondary winding 35a; and a plurality of diodes D32, each connected to a respective second secondary winding 35b. As in the example illustrated in FIG. 3, the diodes D31, D32 could be replaced by switches. The components 31 illustrated in FIGS. 10a to 10e are described further in the French patent application 1458573.

L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits. En particulier, Dans l'exemple illustré en figure 3, le premier bras A et les primaires des transformateurs Ti, T2 forment une structure en demi-pont. Cependant, le premier bras A et les primaires des transformateurs T1, T2 pourraient former une structure en pont complet avec un quatrième bras d'interrupteurs en série. Les interrupteurs du quatrième bras sont de préférence identiques à ceux du premier bras A. Le convertisseur DC/DC isolé peut aussi être utilisé dans un convertisseur alternatif-continu configuré pour convertir une tension alternative en une tension continue ou inversement, ou dans un convertisseur alternatif-alternatif. Avantageusement, le convertisseur DC/DC isolé est alors complété par un convertisseur alternatif-continu en amont du premier bras et/ou un convertisseur continu-alternatif en aval du convertisseur DC/DC isolé.The invention is not limited to the examples described. In particular, in the example illustrated in FIG. 3, the first arm A and the primary of the transformers T1, T2 form a half-bridge structure. However, the first arm A and the primary of the transformers T1, T2 could form a full bridge structure with a fourth switch arm in series. The switches of the fourth arm are preferably identical to those of the first arm A. The isolated DC / DC converter can also be used in an AC-DC converter configured to convert an AC voltage to a DC voltage or vice versa, or to an AC converter. -alternative. Advantageously, the isolated DC / DC converter is then completed by an AC-DC converter upstream of the first arm and / or a DC-AC converter downstream of the isolated DC / DC converter.

Claims

REVENDICATIONS1. Isolated DC / DC converter (1) comprising: - a first arm (A) comprising switches (MAL MA2) in series,; a second arm (B) comprising an inductor (L) having a first terminal connected to the midpoint of the arm (A) and a second terminal connected to the input of the isolated DC / DC converter (1); a capacitance (C1) connected between the extremal terminals of the first arm (A); a third arm (C) connected to the midpoint of the first arm (A) comprising a magnetic component comprising a primary circuit and a secondary circuit separated by an electrical insulation barrier, said magnetic component being configured for, during the conversion of an input voltage (Ue) of the isolated DC / DC converter (1) to an output voltage (Uout), operate as a transformer from the primary circuit to the secondary circuit and as an impedance which stores energy at the of the primary circuit.

2. Converter (1) according to claim 1, wherein the first arm (A) is configured to control the output voltage (Uout) of the isolated DC / DC converter (1) by modifying the duty ratio of the first arm (A) .

3. Converter (1) according to claim 1 or 2, wherein the first arm (A) is configured so that its duty cycle (a) has a nominal value, in particular substantially equal to 50%.

4. Converter (1) according to one of the preceding claims, comprising a circuit (5) for implementing a loop so as to slave the duty cycle (a) of the first arm (A) to a difference between the value (Uout mes ) the output voltage of the isolated DC / DC converter (1) and an output voltage setpoint (U *) of the isolated DC / DC converter (1).

5. Converter (1) according to one of the preceding claims, wherein the magnetic component is configured so that: - on a first portion of an operating period of the converter, a first portion (L11) of the primary circuit transfers energy to a first portion (L12) of the secondary circuit and a second portion (L21) of the primary circuit provides an inductance storing energy; on a second part of the operating period, a second part (L21) of the primary circuit transfers energy to a second part (L12) of the secondary circuit, and the first part (L11) of the primary circuit produces an inductor storing 'energy.

Converter (1) according to one of the preceding claims, wherein the primary circuit of the magnetic component (31) comprises a primary winding (33) and the secondary circuit of the magnetic component (31) comprises at least a first secondary winding ( 35a) and at least one second secondary winding (35b) not magnetically coupled to each other, said first (35a) and second (35b) secondary windings being magnetically coupled to the primary winding (33).

7. Converter (1) according to the preceding claim, wherein the magnetic component (31) is configured to act as a transformer from the primary winding (33), either to the first or the first secondary windings (35a), or to the or the second secondary windings (35b) while operating as an impedance which stores energy at the primary winding (33).

8. Converter (1) according to one of claims 1 to 5, wherein the magnetic component comprises at least a first (Ti) and a second (T2) transformers in series.

9. Converter (1) according to claim 5 and the preceding claim, wherein: - the primary (L11) of the first transformer (Ti) forms the first part of the primary circuit and the secondary (L12) of the first transformer (Ti) form the first part of the secondary circuit; - The primary (L21) of the second transformer (T2) forms the second part of the primary circuit and the secondary (L22) of the second transformer (T2) forms the second part of the secondary circuit.

A voltage conversion method comprising the steps of: - providing at least one isolated DC / DC converter (1) according to any one of claims 1 to 9; converting an input voltage (Ue) of the isolated DC / DC converter (1) into an output voltage (Uout).

11. The method of claim 10, wherein the duty cycle (a) of the first arm (A) has a nominal value, in particular substantially equal to 50%.