FR3029715B1 - Convertisseur electrique continu-continu comprenant un circuit limiteur de tension - Google Patents

Abstract

Convertisseur (3, 23) électrique continu-continu comprenant un étage onduleur (5, 25) destiné à être raccordé à un réseau d'alimentation électrique (R), un étage redresseur (6, 26) dont les deux bornes de sortie sont destinées à être couplées à une batterie (4), un transformateur (7, 27) électrique électriquement couplé entre l'étage onduleur (5, 25) et l'étage redresseur (6, 26), et un circuit de protection (8, 28) couplé entre l'étage onduleur (5, 25) et l'étage redresseur (6, 26) et comprenant un circuit auxiliaire (9) et une branche de protection (10, 30) couplée à l'étage onduleur (5, 25), la branche de protection (10, 30) comportant au moins une diode (11, 31, 32) et une capacité (12) couplées en série. Le circuit auxiliaire (9) est muni d'une première paire de bornes couplées aux bornes de la capacité (12) de la branche de protection (10, 30) et d'une seconde paire de bornes couplées aux bornes de sortie de l'étage redresseur (6, 26).

Description

Convertisseur électrique continu-continu comprenant un circuit limiteur de tension L’invention concerne les convertisseurs de courant continu ou hacheurs, et plus particulièrement la protection de ces convertisseurs contre les surtensions sur les interrupteurs de l’étage onduleur du convertisseur, notamment dans le cadre de leur utilisation dans un dispositif de charge embarqué à bord d’un véhicule automobile à traction au moins partiellement électrique.

Les chargeurs embarqués à bord des véhicules automobiles à traction hybride ou électrique doivent généralement répondre à une contrainte de volume. Pour répondre à ces contraintes, le choix s’orienterait plutôt vers une solution dite de type « buck + current-fed full-bridge » en anglais qui correspond en français à une combinaison d’un redresseur d’entrée, d’un étage abaisseur de tension, d’un pont en H, d’un transformateur et d’un redresseur de sortie.

Les avantages d‘une solution de type « buck+current-fed full-bridge » sont le nombre réduit de composants et la robustesse vis-à-vis de surtensions sur le réseau d’alimentation électrique.

La difficulté avec un tel choix réside dans le traitement des surtensions sur les interrupteurs, c’est-à-dire les transistors du pont en H.

Ces difficultés amènent généralement à se tourner plutôt vers une solution de type « boost + voltage-fed full-bridge » en anglais, c’est-à-dire une combinaison d’un redresseur, d’un étage élévateur, d’un pont en H, d’un transformateur et d’un redresseur de sortie, un montage en source de tension en entrée du pont en H limitant la tension et donc le risque d’apparition de surtension sur les interrupteurs du point en H.

Il est connu du document US 2013/0027984 une solution pour limiter les surtensions sur les interrupteurs dans le cas d’un convertisseur isolé dit de type « current-fed » en anglais. Pour ce type de convertisseur, l’inductance de fuite du transformateur crée une surtension lorsqu’on veut faire croître le courant rapidement dans le transformateur. La solution proposée dans ce' document consiste à limiter les surtensions à une valeur définie grâce à une diode et une capacité. L’énergie de la surtension envoyée dans la capacité est ensuite transférée vers l’entrée du convertisseur.

Cette solution permet de limiter les pertes par rapport à un circuit d’aide à la commutation classique de type RCD, aussi appelé « classic RCD snubber » en anglais. Un « snubber » est un dispositif électronique configuré pour supprimer les tensions transitoires perturbatrices. Un tel dispositif va limiter la montée en courant pendant la phase de déblocage entraînant ainsi une diminution de la tension aux bornes du transistor. Il va aussi limiter la remontée de la tension pendant la phase de blocage entraînant une diminution progressive du courant dans le transistor.

En revanche, la solution préconisée par ce document présente l’inconvénient de faire circuler une énergie qui ne participe pas au transfert d’énergie et donc qui augmente ies pertes dans les semi-conducteurs, comme les transistors, et dans l’inductance d’entrée du convertisseur. L’invention a pour objet d’améliorer le rendement du convertisseur continu-eontinu tout en garantissant la protection des interrupteurs, c’est-à-dire des transistors, lors de leur mise en inactivation.

Selon un aspect de l’invention, il est proposé, dans un mode de réalisation, un convertisseur électrique continu-eontinu de type convertisseur de courant continu, comprenant un étage onduleur destiné à être raccordé à un réseau d’alimentation électrique, un étage redresseur de sortie dont les deux bornes de sortie sont destinées à être couplées à une batterie, un transformateur électrique électriquement couple entre l’étage onduleur et l’étage redresseur, et un circuit de protection couplé à l’étage onduleur et à la sortie de l’étage redresseur, le circuit de protection comprenant un circuit auxiliaire et une branche de protection couplée à l’étage onduleur et comportant au moins une diode et une capacité couplées en série.

Selon une caractéristique générale de l’invention, le circuit auxiliaire est muni d’une première paire de bornes couplées aux bornes de la capacité de la branche de protection et d’une seconde paire de bornes couplées aux bornes de sortie de l’étage redresseur, et donc destinées à être couplées à la batterie du véhicule.

Dans le convertisseur ainsi défini, l’énergie est récupérée au niveau de la sortie du chargeur et peut être injectée directement dans une batterie qui y est raccordée. Cela permet ainsi d’améliorer le rendement du convertisseur par rapport aux convertisseurs continus classiquement connus, notamment celui décrit dans le document US 2013/0027984 dans lequel l’énergie est systématiquement rebouclée du côté primaire du transformateur.

Le convertisseur possède ainsi un rendement global amélioré tout en garantissant une tension maximale vue par les transistors en dessous de leur tension maximale tolérée.

En effet, le circuit de protection est un circuit limiteur de tension, ou « clamp circuit » en anglais, qui limite la tension traversant les transistors de l’étage onduleur et permet ainsi de limiter les surtensions pendant l’ouverture des transistors de l’étage onduleur en dessous de leur tension maximum, les surtensions étant dues notamment à l’inductance de fuite du transformateur du convertisseur.

Lorsque la tension aux bornes des transistors de l’étage onduleur dépasse la tension de la capacité de la branche de protection, le courant est délivré dans la capacité de la branche de protection qui maintient la tension. Il faut ensuite décharger la capacité via un circuit auxiliaire. Dans le convertisseur selon l’invention, l’énergie stockée dans la capacité est transférée vers la sortie plutôt que vers l’entrée. Ainsi l’énergie ne circule pas sans participer au transfert d’énergie.

Avantageusement, le circuit auxiliaire peut comprendre : - un étage d’entrée comportant une première capacité et un premier transistor entre lesquels est couplée une première borne d’entrée de l’étage d’entrée, et une seconde capacité et un second transistor entre lesquels est couplée une seconde borne d’entrée de l’étage d’entrée, la capacité de la branche de protection étant couplée entre lesdites première et seconde bornes de l’étage d’entrée, - un transformateur comportant une bobine primaire et deux bobines secondaires, la bobine primaire comportant une première borne couplée entre les première et seconde capacités de l’étage d’entrée et une seconde borne couplée entre les premier et second transistors de l’étage d’entrée, - un étage de sortie comportant une première borne couplée entre les deux bobines secondaires du transformateur et une seconde borne couplée à une première borne d’une inductance, une seconde borne de ladite inductance étant couplée aux cathodes des deux diodes de sortie, l’anode de chaque diode étant couplée à une bobine secondaire distincte.

En variante, le circuit auxiliaire peut comprendre : - un étage d’entrée comportant une première diode et un premier transistor entre lesquels est couplée une première borne d’entrée de l’étage d’entrée, et une seconde diode et un second transistor entre lesquels est couplée une seconde borne d’entrée de l’étage d’entrée, la capacité de la branche de protection étant couplée entre lesdites première et seconde bornes de l’étage d’entrée, - un transformateur comportant une bobine primaire et une bobine secondaire, la bobine primaire comportant une première borne couplée entre la première diode et le second transistor de l’étage d’entrée et une seconde borne couplée entre la seconde diode et le premier transistor de l’étage d’entrée, - un étage de sortie comportant une première borne couplée à une première borne de la bobine secondaire du transformateur et une seconde borne couplée à une première borne d’une inductance, une seconde borne de ladite inductance étant couplée aux cathodes des deux diodes de sortie, l’anode de chaque diode étant respectivement couplée à une borne distincte de la bobine secondaire.

Avantageusement, le convertisseur peut comprendre en outre un circuit de protection supplémentaire couplé à l’étage onduleur et comportant un branchement en série d’au moins un transistor avec une diode et une capacité, un moyen de commande dudit au moins un transistor et un circuit auxiliaire supplémentaire muni d’une première paire de bornes couplées aux bornes de la capacité du circuit de protection supplémentaire.

Le circuit de protection permet de maîtriser la croissance de la tension aux bornes des transistors de l’onduleur du convertisseur et ainsi de résoudre le problème des surtensions aux bornes des transistors de l’onduleur qui limitent la puissance.

Le circuit de protection permet en outre de diminuer les pertes à l’ouverture car elle réduit le produit de la tension par l’intensité du courant au sein des transistors.

Le circuit de protection favorise ainsi une augmentation de la fréquence de découpage du convertisseur.

Le circuit auxiliaire supplémentaire peut avantageusement comprendre une seconde paire de bornes destinées à être couplées aux bornes du réseau d’alimentation.

En variante, le circuit auxiliaire supplémentaire peut comprendre une seconde paire de bornes couplées à la sortie de l’étage de sortie et destinées à être couplées aux bornes de îa batterie.

De préférence, le moyen de commande du transistor du circuit de protection supplémentaire est configuré pour coupler la capacité du circuit de protection supplémentaire à l’étage onduleur avant l’ouverture des transistors de l’étage onduleur.

Avantageusement, le circuit auxilaire supplémentaire peut comprendre: - un transformateur comportant un enroulement primaire et un enroulement secondaire, - un circuit primaire comportant un transistor couplé en série â l’enroulement primaire du transformateur et un moyen de commande du circuit auxiliaire supplémentaire couplé entre la grille et le drain du transistor du circuit primaire et configuré pour actionner ledit transistor, le circuit primaire étant couplé aux bornes de la capacité du circuit de protection supplémentaire, - un circuit secondaire comportant une diode couplée en série à l’enroulement secondaire du transformateur, le circuit secondaire étant couplé aux bornes de sortie de l’étage redresseur.

Lorsque le convertisseur est un convertisseur de courant de type « current-fed push-pull », la branche de protection du circuit de protection comprend de préférence une première diode dont l’anode est couplée entre un premier transistor de l’étage onduleur et une première inductance du transformateur du convertisseur et une seconde diode dont l’anode est couplée entre un deuxième transistor de l’étage onduleur et une seconde inductance du transformateur du convertisseur, les cathodes des deux diodes étant couplées à une borne de la capacité de la branche de protection.

Dans cette configuration, le branchement en série du circuit de protection supplémentaire comprend préférentiellement deux transistors dont la source est couplée à l’anode de la diode du branchement en série et la grille est couplée au moyen de commande, le drain de chacun des deux transistors de la branche de protection étant couplé de manière distincte entre un transistor de l’étage onduleur et une inductance du transformateur. Il manque la figure correspondante.

Lorsque le convertisseur est un convertisseur de courant de type « current-fed full-bridge », la branche de protection comprend de préférence une seule diode dont la cathode est couplée à une première borne de la capacité de la branche de protection et l’anode est couplée à une première borne de l’étage onduleur, la seconde borne de la capacité de la branche de protection étant raccordée à une seconde borne de l’étage onduleur.

Dans cette configuration, le branchement en série du circuit de protection supplémentaire comprend préférentiellement un seul transistor dont la source est couplée à l’anode de la diode du branchement en série, la grille est couplée au moyen de commande, et le drain est couplé à une borne de l’étage onduleur, la capacité dudit branchement en série étant branchée à une borne distincte de l’étage onduleur.

Selon un autre aspect de l’invention, il est proposé un dispositif de charge d’une batterie électrique embarqué à bord d’un véhicule automobile à traction au moins partiellement électrique.

Selon une caractéristique générale de l’invention, le dispositif comprend un convertisseur électrique continu-eontinu tel que défini ci-dessus dont les deux bornes d’entrée de l’étage onduleur sont couplées à un étage d’entrée apte à être couplé à un réseau d’alimentation électrique, et les deux bornes de sortie de l’étage redresseur sont couplées à la batterie du véhicule automobile.

Selon encore un autre aspect de l’invention, il est proposé un véhicule automobile comprenant un dispositif de charge embarqué tel que défini ci-dessus. D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée de modes de réalisation, nullement limitatifs, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de charge d’une batterie électrique embarqué à bord d’un véhicule automobile selon un premier mode de réalisation de l’invention ; - la figure 2 représente schématiquement un dispositif de charge d’une batterie électrique embarqué à bord d’un véhicule automobile selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; - la figure 3 illustre de manière schématique un premier mode de réalisation d’un circuit auxiliaire ; - la figure 4 illustre schématiquement un second mode de réalisation d’un circuit auxiliaire ; - la figure 5 présente de manière schématique un dispositif de charge d’une batterie électrique embarqué à bord d‘un véhicule automobile selon un troisième mode de réalisation ; - la figure 6 illustre schématiquement un exemple d’un circuit auxiliaire supplémentaire du circuit de protection supplémentaire du dispositif de charge présenté sur la figure 5.

Sur la figure 1 est représenté schématiquement un dispositif de charge d’une batterie électrique embarqué à bord d’un véhicule automobile selon un premier mode de réalisation.

Le dispositif de charge 1, ou chargeur, comprend un premier étage 2 configuré pour être raccordé à un réseau d’alimentation monophasé R ainsi qu’un convertisseur de courant 3 raccordé en entrée à la sortie du premier étage 2 et raccordé en sortie à une batterie électrique 4 du véhicule automobile une fois le convertisseur 3 installé dans le véhicule automobile.

Le premier étage 2 comprend un filtre de compatibilité électromagnétique, noté aussi filtre CEM, couplé à un redresseur compris dans le premier étage 2 afin de fournir une tension redressée en entrée du convertisseur électrique 3. Le convertisseur 3 joue un rôle de PFC, c’est-à-dire de circuit de correction de puissance, ou PFC en anglais pour « Power Factor Correction ». Un PFC a pour but de prélever du courant de façon sinusoïdale et en phase avec la tension du réseau. Dans ce mode de réalisation, le premier étage 2 comprend un hacheur série, ou étage « buck » en anglais, entre le redresseur du premier étage 2 et le convertisseur 3 pour assurer les fonctions de protection.

Le convertisseur électrique 3 continu-continu comprend une inductance L d’entrée, un étage onduleur 5 destiné à être raccordé au réseau d’alimentation électrique R via le premier étage 2, un étage redresseur 6 configuré pour être raccordé en sortie à la batterie 4, et un transformateur 7 électriquement couplé entre l’étage onduleur 5 et l’étage redresseur 6. Le transformateur 7 comprend une bobine primaire 71 et une bobine secondaire 72.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le convertisseur 3 est de type « current-fed full bridge ». L’étage onduleur 5 comprend par conséquent quatre transistors 5a à 5d montés en forme de pont en H avec la bobine primaire 71 du transformateur 7. Les transistors 5a à 5d peuvent être par exemple des transistors MOSFET ou des transistors bipolaires à grille isolée, notés aussi IGBT. L’étage redresseur 6 peut comprendre un jeu de transistors ou de diode.

Le convertisseur 3 comprend en outre un circuit de protection 8 couplé à l’étage onduleur 5 et à la sortie de l’étage redresseur 6. Le circuit de protection 8 comprend un circuit auxiliaire 9 et une branche de protection 10 couplée en entrée de l’étage onduleur 5. La branche de protection 10 comporte une diode 11 et une capacité 12 électriquement couplées en série. L’anode de la diode 11 est couplée à une borne de l’étage onduleur 5 et à une borne de l’étage d’entrée 2, la cathode de la diode 11 est couplée à une première borne de la capacité 12 de la branche de protection 10, et la seconde borne de la capacité 12 est couplée à une autre borne de l’étage onduleur 5 et à une autre borne de l’étage d’entrée 2. L’entrée du circuit auxiliaire 9 est électriquement couplée aux bornes de la capacité 12 de la branche de protection 10. La sortie du circuit auxiliaire 9 est raccordée aux bornes d’une capacité 13 de sortie du convertisseur 3. La capacité 13 de sortie du convertisseur 3 est en outre couplée aux bornes de sortie de l’étage redresseur 6 ainsi qu’aux bornes de la batterie 4.

Le circuit de protection 8 est configuré pour limiter la tension traversant les transistors 5a à 5d de l’étage onduleur 5. Cela permet de limiter les surtensions dues notamment à l’inductance de fuite du transformateur 7 du convertisseur 3 pendant l’ouverture des transistors 5a à 5d de l’étage onduleur 5 en dessous de leur tension maximum.

Lorsque la tension aux bornes des transistors 5a à 5d de l’étage onduleur 5 dépasse la tension de la capacité 12 de la branche de protection 10, le courant est délivré dans la capacité 12 de la branche de protection 10 qui maintient la tension. L’énergie ainsi stockée dans la capacité 12 est ensuite déchargée via le circuit auxiliaire 9 vers la batterie 4 pour participer à la charge de la batterie 4. Les pertes énergétiques sont ainsi minimisées, le rendement du convertisseur 3 augmenté.

Sur la figure 2 est représenté schématiquement un dispositif de charge d’une batterie électrique embarqué à bord d’un véhicule selon un second mode de réalisation de l’invention.

Les éléments identiques au premier mode de réalisation portent les mêmes références numériques.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, le convertisseur électrique 23 est de type « current-fed push-pull ».

Le transformateur 27 comprend deux bobines primaires 73 et 74 et deux bobines secondaires 75 et 76. L’étage onduleur 25 comprend deux transistors 5e et 5f respectivement couplés avec la première bobine primaire 73 et la seconde bobine primaire 74 du transformateur 27. L’étage redresseur 26 comprend deux diodes 61 et 62 dont les anodes sont respectivement couplées à la première bobine secondaire 75 et à la seconde bobine secondaire 76.

Le circuit de protection 28 couplé à l’étage onduleur 25 et à la sortie de l’étage redresseur 26 comprend un circuit auxiliaire 9 et une branche de protection 30 couplée à l’étage onduleur 25. La branche de protection 30 comporte une première diode 31 dont l’anode est couplée entre le premier transistor 5e de l’étage onduleur 25 et la première bobine primaire 73 du transformateur 27 et une seconde diode 32 dont l’anode est couplée entre le deuxième transistor 5f de l’étage onduleur 25 et la seconde bobine primaire 74 du transformateur 27. Les cathodes des deux diodes 31 et 32 sont couplées à une borne de la capacité 12 de la branche de protection 30.

Comme dans le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, le circuit auxiliaire 9 est couplée d’une part aux bornes de la capacité 12 de la branche de protection 30 et d’autre part aux bornes de la capacité 13 de sortie du convertisseur 3 couplée aux bornes de sortie de l’étage redresseur 26 et aux bornes de la batterie 4.

Dans le premier et le second modes de réalisation du chargeur 1 illustrés sur les figures 1 et 2, le circuit auxiliaire 9 peut avoir une des configurations présentées sur les figures 3 et 4.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, le circuit auxiliaire 9 comprend un étage d’entrée 41 comportant une première capacité 42 et un premier transistor 43 entre lesquels est couplée une première borne d’entrée 44 de l’étage d’entrée 41, et une seconde capacité 45 et un second transistor 46 entre lesquels est couplée une seconde borne d’entrée 47 de l’étage d’entrée 41. La capacité 12 de la branche de protection 10 ou 30 est couplée entre les deux bornes d’entrée 44 et 47 de l’étage d’entrée 41.

Le circuit auxiliaire 9 comprend en outre un transformateur 48 comportant une bobine primaire 49 et deux bobines secondaires 50 et 51. La bobine primaire 49 comporte une première borne 52 couplée entre la première capacité 42 et la seconde capacité 45 de l’étage d’entrée 41 et une seconde borne 53 couplée entre le premier transistor 43 et le second transistor 46 de l’étage d’entrée 41.

Le circuit auxiliaire 9 comprend aussi un étage de sortie 54 comportant une première borne 55 couplée entre les deux bobines secondaires 50 et 51 du transformateur 48 et une seconde borne 56 couplée à une première borne d’une inductance 57. Une seconde borne de l’inductance est couplée aux cathodes de deux diodes de sortie 58 et 59. L’anode de la première diode de sortie 58 est couplée à la première bobine secondaire 50 et l’anode de la seconde diode de sortie 59 est couplée à la seconde bobine secondaire 51.

Le circuit auxiliaire 9 comprend aussi un moyen de commande 40 des transistors 43 et 46 couplé entre la grille et la source du transistor de chacun des deux transistors 43 et 46. Le moyen de commande 40 comprend un module de pilotage par transistor, chaque module de pilotage étant couplé entre la grille et la source du transistor qu’il pilote. Les transistors 43 et 46 sont commandés de façon à réguler la tension de la capacité 12 et transférer l’énergie qui y arrive lors des commutations vers la sortie du convertisseur 3 de manière à transférer l’énergie des pics de surtension vers la batterie 4.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, le circuit auxiliaire 9 comprend un étage d’entrée 81 comportant une première diode 82 et un premier transistor 83 entre lesquels est couplée une première borne d’entrée 84 de l’étage d’entrée 81, et une seconde diode 85 et un second transistor 86 entre lesquels est couplée une seconde borne d’entrée 87 de l’étage d’entrée 81. La capacité 12 de la branche de protection 10 ou 30 est couplée entre la première borne 84 et la seconde borne 87 de l’étage d’entrée 81.

Le circuit auxiliaire 9 comprend en outre un transformateur 88 comportant une bobine primaire 89 et une bobine secondaire 90. La bobine primaire 89 comporte une première borne 91 couplée entre la première diode 82 et le second transistor 86 de l’étage d’entrée 81 et une seconde borne 92 couplée entre la seconde diode 85 et le premier transistor 83 de l’étage d’entrée 81.

Le circuit auxiliaire 9 comprend aussi un étage de sortie 93 comportant une première borne 94 couplée à une première borne de la bobine secondaire 90 du transformateur 88 et une seconde borne 95 couplée à une première borne d’une inductance 96. Une seconde borne de l’inductance 96 est couplée aux cathodes de deux diodes de sortie 97 et 98. L’anode de la première diode de sortie 97 est couplée à une seconde borne de la bobine secondaire 90 et l’anode de la seconde diode de sortie 98 est couplée à la première borne de la bobine secondaire 90.

Le circuit auxiliaire 9 comprend aussi un moyen de commande 80 des transistors 83 et 86 couplé entre la grille et la source du transistor de chacun des deux transistors 83 et 86. Le moyen de commande 80 comprend un module de pilotage par transistor, chaque module de pilotage étant couplé entre la grille et la source du transistor qu’il pilote. Les transistors 83 et 86 sont commandés de façon à réguler la tension de la capacité 12 et transférer l’énergie qui y arrive lors des commutations vers la sortie du convertisseur 3 de manière à transférer l’énergie des pics de surtension vers la batterie 4.

Sur la figure 5 est représenté de manière schématique un dispositif de charge d’une batterie électrique embarqué à bord d’un véhicule automobile selon un troisième mode de réalisation.

Le troisième mode de réalisation inclut tous les éléments du premier mode de réalisation du chargeur 1 illustré sur la figure 1 et intègre en plus un circuit de protection supplémentaire 100 électriquement raccordé à l’entrée de l’étage onduleur 5.

Le circuit de protection supplémentaire 100 comporte un branchement en série d’au moins un transistor 101, par exemple un transistor IGBT, avec une diode 102 et une capacité 103. Le branchement en série est couplé entre la sortie de l’étage d’entrée 2 et l’entrée de l’étage onduleur 5.

Le circuit de protection supplémentaire 100 comprend aussi un moyen de commande 104 du transistor 101 couplé entre la grille et la source du transistor 101, et un circuit auxiliaire supplémentaire 105 muni d’une première paire de bornes couplées aux bornes de la capacité 103 du circuit de protection supplémentaire 100 et d’une seconde paire de bornes couplées aux bornes de la capacité 13 de sortie du convertisseur 3 qui est aussi couplée à la sortie de l’étage de sortie 54 du circuit auxiliaire 9 et aux bornes de la batterie 4.

Le moyen de commande 104 du transistor 101 est configuré pour coupler la capacité 103 du branchement en série du circuit de protection supplémentaire 100 avant l’ouverture des transistors 5a à 5d de l’étage onduleur 5.

Sur la figure 6 est illustré schématiquement un exemple d’un circuit auxiliaire supplémentaire 105 du circuit de protection supplémentaire 100 du dispositif de charge 1 présenté sur la figure 5.

Le circuit auxiliaire supplémentaire 105 comprend un transformateur 106 comportant un enroulement primaire 107 et un enroulement secondaire 108, un circuit primaire 109 comportant un transistor 110 couplé en série à l’enroulement primaire 107 du transformateur 106 et un moyen de commande 113 du circuit auxiliaire supplémentaire 105 couplé entre la grille et la source du transistor 110 et configuré pour actionner le transistor. Le circuit primaire 109 est couplé à la première paire de bornes du circuit auxiliaire supplémentaire 105, c’est-à-dire à la capacité 103 du circuit de protection supplémentaire 100.

Le circuit auxiliaire supplémentaire 105 comprend en outre un circuit secondaire 111 comportant une diode 112 couplée en série à l’enroulement secondaire 108 du transformateur 106. Le circuit secondaire 111 est couplé à la seconde paire de bornes du circuit auxiliaire supplémentaire 105 qui est couplée à la capacité 13 de sortie du convertisseur 3.

Le circuit auxiliaire supplémentaire 105 comprend en outre un moyen 113 de commande du transistor 110 du circuit primaire 109 permettant de coupler le circuit à la capacité 103 du circuit de protection supplémentaire 100.

Lorsque le convertisseur est un convertisseur de type « current-fed push-pull » comme dans le deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 2, le branchement en série du circuit de protection supplémentaire 100 comprend deux transistors au lieu d’un seul. La source de chaque transistor est couplée à l’anode de la diode 102 du branchement en série et la grille est couplée au moyen de commande 104. Le collecteur, ou le drain dans le cas où les transistors sont des MOSFET au lieu d’IGBT, de chacun des deux transistors de la branche de protection est couplé de manière distincte entre un transistor 5e ou 5f de l’étage onduleur 25 et une bobine primaire 73 ou 74 du transformateur 27. L’invention permet de fournir un convertisseur de courant continu au rendement amélioré tout en garantissant la protection des interrupteurs lors de leur mise en inactivation.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS

   1. Convertisseur (3, 23) électrique continu-continu comprenant un étage onduleur (5, 25) destiné à être raccordé à un réseau d’alimentation électrique (R), un étage redresseur (6, 26) dont les deux bornes de sortie sont destinées à être couplées à une batterie (4), un transformateur (7, 27) électrique électriquement couplé entre l’étage onduleur (5, 25) et l’étage redresseur (6, 26), et un circuit de protection (8, 28) couplé à l’étage onduleur (5, 25) et à la sortie de l’étage redresseur (6, 26) et comprenant un circuit auxiliaire (9) et une branche de protection (10, 30) couplée à l’étage onduleur (5, 25), la branche de protection (10, 30) comportant au moins une diode (11, 31, 32) et une capacité (12) couplées en série, caractérisé en ce que le circuit auxiliaire (9) est muni d’une première paire de bornes couplées aux bornes de la capacité (12) de la branche de protection (10, 30) et d’une seconde paire de bornes couplées aux bornes de sortie de l’étage redresseur (6, 26).
2. 2. Convertisseur (3, 23) selon la revendication 1, dans lequel ledit circuit auxiliaire (9) comprend : - un étage d’entrée (41) comportant une première capacité (42) et un premier transistor (43) entre lesquels est couplée une première borne d’entrée (44) de l’étage d’entrée (41), et une seconde capacité (45) et un second transistor (46) entre lesquels est couplée une seconde borne d’entrée (47) de l’étage d’entrée (41), la capacité (12) de la branche de protection (10, 30) étant couplée entre lesdites première et seconde bornes (44 et 47) de l’étage d’entrée (41), - un transformateur (48) comportant une bobine primaire (49) et deux bobines secondaires (50, 51), la bobine primaire (49) comportant une première borne (52) couplée entre les première et seconde capacités (42 et 45) de l’étage d’entrée (41) et une seconde borne (53) couplée entre les premier et second transistors (43 et 46) de l’étage d’entrée (41), - un étage de sortie (54) comportant une première borne (55) couplée entre les deux bobines secondaires (50 et 51) du transformateur (48) et une seconde borne (56) couplée à une première borne d’une inductance (57), une seconde borne de ladite inductance (57) étant couplée aux cathodes de deux diodes de sortie (58, 59), l’anode de chaque diode de sortie (58, 59) étant couplée à une bobine secondaire (50, 51) distincte.
3. 3. Convertisseur (3, 23) selon la revendication 1, dans lequel ledit circuit auxiliaire (9) comprend : - un étage d’entrée (81) comportant une première diode (82) et un premier transistor (83) entre lesquels est couplée une première borne d’entrée (84) de l’étage d’entrée (81), et une seconde diode (85) et un second transistor (86) entre lesquels est couplée une seconde borne d’entrée (87) de l’étage d’entrée (81), la capacité (12) de la branche de protection (10, 30) étant couplée entre lesdites première et seconde bornes (84 et 87) de l’étage d’entrée (81), - un transformateur (88) comportant une bobine primaire (89) et une bobine secondaire (90), la bobine primaire (89) comportant une première borne (91) couplée entre la première diode (82) et le second transistor (86) de l’étage d’entrée (81) et une seconde borne (92) couplée entre la seconde diode (85) et le premier transistor (83) de l’étage d’entrée (81), - un étage de sortie (93) comportant une première borne (94) couplée à une première borne de la bobine secondaire (90) du transformateur (88) et une seconde borne (95) couplée à une première borne d’une inductance (96), une seconde borne de ladite inductance (96) étant couplée aux cathodes de deux diodes de sortie (97 et 98), l’anode de chaque diode (97, 98) étant respectivement couplée à une borne distincte de la bobine secondaire (90).
4. 4. Convertisseur (3, 23) selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant en outre un circuit de protection supplémentaire (100) couplé à l’étage onduleur (5, 25)comportant un branchement en série d’au moins un transistor (101) avec une diode (102) et une capacité (103), un moyen (104) de commande dudit au moins un transistor (101) et un circuit auxiliaire supplémentaire (105) muni d’une première paire de bornes couplées aux bornes de la capacité (103) du circuit de protection supplémentaire (100).
5. 5. Convertisseur (3, 23) selon la revendication 4, dans lequel le circuit auxiliaire supplémentaire (105) comprend une seconde paire de bornes destinées à être couplées aux bornes du réseau d’alimentation (R).
6. 6. Convertisseur (3, 23) selon la revendication 4, dans lequel le circuit auxiliaire supplémentaire (105) comprend une seconde paire de bornes couplées à la sortie de l’étage de sortie (54, 93) et destinées à être couplées aux bornes de la batterie (4).
7. 7. Convertisseur (3, 23) selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel le moyen (104) de commande du transistor (101) du circuit de protection supplémentaire (100) est configuré pour coupler la capacité (103) du circuit de protection supplémentaire (100) à l’étage onduleur (5, 25) avant l’ouverture des transistors (5a à 5f) de l’étage onduleur (5, 25).
8. 8. Convertisseur (3, 23) selon l’une des revendications 4 à 7, dans lequel le circuit auxiliaire supplémentaire (105) comprend : - un transformateur (106) comportant un enroulement primaire (107) et un enroulement secondaire (108), - un circuit primaire (109) comportant un transistor (110) couplé en série à l’enroulement primaire (107) du transformateur (106) et un moyen (113) de commande du circuit auxiliaire supplémentaire (105) couplé entre la grille et la source du transistor (110) et configuré pour actionner ledit transistor (110), le circuit primaire (109) étant couplé aux bornes de la capacité (103) du circuit de protection supplémentaire (100), - un circuit secondaire (111) comportant une diode (112) couplée en série à l’enroulement secondaire (108) du transformateur (106), le circuit secondaire (111) étant couplé en sortie aux bornes de sortie de l’étage redresseur (6, 26).
9. 9. Convertisseur (23) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel ledit convertisseur (23) est un convertisseur de type « current-fed push-pull » et la branche de protection (30) du circuit de protection (28) comprend une première diode (31) dont l’anode est couplée entre un premier transistor (5e) de l’étage onduleur (25) et une première inductance (73) du transformateur (27) du convertisseur (23) et une seconde diode (32) dont l’anode est couplée entre un deuxième transistor (5f) de l’étage onduleur (25) et une seconde inductance (74) du transformateur (27) du convertisseur (23), les cathodes des deux diodes (31 et 32) étant couplées à une borne de la capacité (12) de la branche de protection (30).
10. 10. Convertisseur (3) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel ledit convertisseur (3) est un convertisseur de courant de type « current-fed full-bridge » et la branche de protection (10) comprend une seule diode (11) dont la cathode est couplée à une première borne de la capacité (12) de la branche de protection (10) et l’anode est couplée à une première borne de l’étage onduleur (5), la seconde borne de la capacité (12) de la branche de protection (10) étant raccordée à une seconde borne de l’étage onduleur (5).
11. 11. Convertisseur (3) selon la revendication 4, dans lequel le branchement en série du circuit de protection supplémentaire (100) comprend un seul transistor (101) dont la source est couplée l’anode de la diode (102), la grille est couplée au moyen de commande (104), et le drain est couplée à une borne de l’étage onduleur (5), la capacité (103) dudit branchement en série étant branchée à une borne distincte de l’étage onduleur (5).
12. 12. Dispositif de charge (1) d’une batterie électrique (4) embarqué à bord d’un véhicule automobile à traction au moins partiellement électrique, caractérisé en ce qu’il comprend un convertisseur (3, 23) électrique continu-continu selon l’une des revendications 1 à 11 dont les deux bornes d’entrée de l’étage onduleur (5, 25) sont couplées à un étage d’entrée (2) apte à être couplé à un réseau d’alimentation électrique (R), et les deux bornes de sortie de l’étage redresseur (6, 26) étant couplées à la batterie (4) du véhicule automobile.
13. 13. Véhicule automobile comprenant un dispositif de charge (1) embarqué selon la revendication 12.