FR3056038A1 - VOLTAGE CONVERTER WITH TWO CIRCUITS VOLTAGE CONVERTER CHAINS - Google Patents
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Abstract
Le convertisseur de tension (100) comporte un premier circuit convertisseur de tension (102) isolé et un deuxième circuit convertisseur de tension (110) fournissant une tension intermédiaire (VINT) au premier circuit convertisseur de tension (102). Le deuxième circuit convertisseur de tension (110) comporte une première inductance (LB1), une deuxième inductance (LB2) et une capacité (CB1), et est conçu, dans un premier état, pour que les bornes d'entrée (EB1, EB2) fournissent de l'énergie à la première inductance (LB1), et pour que les bornes d'entrée (EB1, EB2) et la capacité (CB1) fournissent de l'énergie à la deuxième inductance (LB2) et aux bornes de sortie (SB1, SB2), et, dans un deuxième état, pour déconnecter une des bornes d'entrée (EB1, EB2) pour qu'elles ne fournissent plus d'énergie, pour que la première inductance (LB1) fournisse de l'énergie à la capacité (CB1), et pour que la deuxième inductance (LB2) fournisse de l'énergie aux bornes de sortie (SB1, SB2).The voltage converter (100) includes a first isolated voltage converter circuit (102) and a second voltage converter circuit (110) providing an intermediate voltage (VINT) to the first voltage converter circuit (102). The second voltage converter circuit (110) comprises a first inductor (LB1), a second inductor (LB2) and a capacitor (CB1), and is designed, in a first state, for the input terminals (EB1, EB2 ) supply energy to the first inductor (LB1), and for the input terminals (EB1, EB2) and capacitance (CB1) to supply energy to the second inductor (LB2) and to the output terminals (SB1, SB2), and, in a second state, for disconnecting one of the input terminals (EB1, EB2) so that they no longer supply energy, for the first inductance (LB1) to supply energy to the capacitance (CB1), and for the second inductor (LB2) to supply power to the output terminals (SB1, SB2).
Description
TITRETITLE
CONVERTISSEUR DE TENSION AVEC DEUX CIRCUITS CONVERTISSEUR DE TENSION CHAÎNÉSVOLTAGE CONVERTER WITH TWO CIRCUITS CHAINED VOLTAGE CONVERTER
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
La présente invention concerne le domaine des convertisseurs de tension continu-continu.The present invention relates to the field of DC-DC voltage converters.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUETECHNOLOGICAL BACKGROUND
La demande de brevet français publiée sous le numéro FR 3 023 083 Al décrit, sur sa figure 4, un convertisseur de tension comportant :The French patent application published under the number FR 3 023 083 A1 describes, in its FIG. 4, a voltage converter comprising:
- un premier circuit convertisseur de tension isolé et comportant :- a first isolated voltage converter circuit comprising:
- des première et deuxième bornes d’entrée entre lesquelles une tension intermédiaire continue est destinée à être reçue,- first and second input terminals between which a DC intermediate voltage is intended to be received,
- des première et deuxième bornes de sortie entre lesquelles une tension de sortie continue est destinée à être fournie,- first and second output terminals between which a continuous output voltage is intended to be supplied,
- un deuxième circuit convertisseur de tension comportant :- a second voltage converter circuit comprising:
- des première et deuxième bornes d’entrée entre lesquelles une tension d'entrée continue est destinée à être reçue, la première borne étant destinée à être connectée à une masse électrique,- first and second input terminals between which a DC input voltage is intended to be received, the first terminal being intended to be connected to an electrical ground,
- des première et deuxième bornes de sortie entre lesquelles la tension intermédiaire est destinée à être fournie, la première borne de sortie étant connectée à la première borne d’entrée,- first and second output terminals between which the intermediate voltage is intended to be supplied, the first output terminal being connected to the first input terminal,
- un système de commande du deuxième circuit convertisseur de tension conçu pour :- a control system for the second voltage converter circuit designed to:
- recevoir une tension de sortie de référence,- receive a reference output voltage,
- mesurer la tension de sortie,- measure the output voltage,
- faire commuter le deuxième circuit convertisseur de tension entre des premier et deuxième états selon un rapport cyclique cî2, le système de commande du deuxième circuit convertisseur de tension étant en outre conçu pour modifier le rapport cyclique ot2 de manière à ce que la tension de sortie suive la tension de sortie de référence.- switching the second voltage converter circuit between first and second states according to a cyclic ratio c2, the control system of the second voltage converter circuit being furthermore designed to modify the cyclic ratio ot2 so that the output voltage follows the reference output voltage.
L'invention a pour but de proposer un convertisseur de tension alternatif.The invention aims to provide an AC voltage converter.
RÉSUMÉ DE L’INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION
À cet effet, il est proposé un convertisseur de tension comportant :To this end, a voltage converter is proposed comprising:
- un premier circuit convertisseur de tension isolé et comportant :- a first isolated voltage converter circuit comprising:
- des première et deuxième bornes d’entrée entre lesquelles une tension intermédiaire continue est destinée à être reçue,- first and second input terminals between which a DC intermediate voltage is intended to be received,
- des première et deuxième bornes de sortie entre lesquelles une tension de sortie continue est destinée à être fournie,- first and second output terminals between which a continuous output voltage is intended to be supplied,
- un deuxième circuit convertisseur de tension comportant :- a second voltage converter circuit comprising:
- des première et deuxième bornes d'entrée entre lesquelles une tension d’entrée continue est destinée à être reçue, la première borne étant destinée à être connectée à une masse électrique,- first and second input terminals between which a continuous input voltage is intended to be received, the first terminal being intended to be connected to an electrical ground,
- des première et deuxième bornes de sortie entre lesquelles la tension intermédiaire est destinée à être fournie, la première borne de sortie étant connectée à la première borne d’entrée,- first and second output terminals between which the intermediate voltage is intended to be supplied, the first output terminal being connected to the first input terminal,
- un système de commande du deuxième circuit convertisseur de tension conçu pour :- a control system for the second voltage converter circuit designed to:
- recevoir une tension de sortie de référence,- receive a reference output voltage,
- faire commuter le deuxième circuit convertisseur de tension entre des premier et deuxième états selon un rapport cyclique a.2 en fonction de ladite tension de sortie de référence (Vs_ref), le convertisseur de tension étant caractérisé en ce que le deuxième circuit convertisseur de tension comporte une première inductance, une deuxième inductance et une capacité, et est conçu :- switching the second voltage converter circuit between first and second states according to a duty cycle a.2 as a function of said reference output voltage (Vs_ref), the voltage converter being characterized in that the second voltage converter circuit comprises a first inductor, a second inductor and a capacitor, and is designed:
dans le premier état :in the first state:
- pour que les bornes d'entrée fournissent de l'énergie à la première inductance,- so that the input terminals supply energy to the first inductor,
- pour que les bornes d’entrée et la capacité fournissent de l'énergie à la deuxième inductance et aux bornes de sortie, dans le deuxième état :- so that the input terminals and the capacity supply energy to the second inductor and to the output terminals, in the second state:
- pour déconnecter une des bornes d’entrée pour qu’elles ne fournissent plus d’énergie,- to disconnect one of the input terminals so that they no longer supply energy,
- pour que la première inductance fournisse de l’énergie à la capacité,- so that the first inductor supplies energy to the capacitor,
- pour que la deuxième inductance fournisse de l'énergie aux bornes de sortie.- so that the second inductor supplies energy to the output terminals.
De façon optionnelle, le deuxième circuit convertisseur de tension comporte en outre un premier interrupteur, le premier interrupteur et la première inductance étant connectés à la suite l’un de l’autre, entre les bornes d’entrée ; la capacité et la deuxième inductance sont disposés à la suite l'une de l’autre, entre, d’une part, un point milieu du premier interrupteur et de la première inductance et, d’autre part, la deuxième borne de sortie ; le deuxième circuit convertisseur de tension comporte en outre un deuxième interrupteur connecté entre, d'une part, un point milieu de la capacité et de la deuxième inductance et, d’autre part, la première borne d’entrée.Optionally, the second voltage converter circuit further comprises a first switch, the first switch and the first inductor being connected one after the other, between the input terminals; the capacitance and the second inductor are arranged one after the other, between, on the one hand, a midpoint of the first switch and of the first inductor and, on the other hand, the second output terminal; the second voltage converter circuit further comprises a second switch connected between, on the one hand, a midpoint of the capacitance and of the second inductance and, on the other hand, the first input terminal.
De façon optionnelle également, le convertisseur de tension comporte en outre un système de commande du premier circuit convertisseur de tension conçu pour faire commuter le premier circuit convertisseur de tension entre deux états, à une première fréquence de commutation, et le système de commande du deuxième circuit convertisseur de tension fait commuter le deuxième circuit convertisseur de tension à une deuxième fréquence de commutation.Also optionally, the voltage converter further comprises a control system for the first voltage converter circuit designed to switch the first voltage converter circuit between two states, at a first switching frequency, and the control system for the second. voltage converter circuit switches the second voltage converter circuit to a second switching frequency.
De façon optionnelle également, les première et deuxième fréquences de commutation sont différentes l’une de l’autre.Optionally also, the first and second switching frequencies are different from each other.
De façon optionnelle également, la deuxième fréquence de commutation est supérieure à la première fréquence de commutation.Also optionally, the second switching frequency is higher than the first switching frequency.
De façon optionnelle également, le système de commande du premier circuit convertisseur de tension fait commuter le premier circuit convertisseur de tension selon un rapport cyclique ai constant.Also optionally, the control system of the first voltage converter circuit switches the first voltage converter circuit according to a constant duty cycle ai.
De façon optionnelle également, le rapport cyclique ai vaut 0,5.Also optionally, the duty cycle ai is 0.5.
De façon optionnelle également, le deuxième circuit convertisseur de tension présente un rapport de conversion de la tension intermédiaire par rapport à la tension d’entrée dépendant du rapport cyclique a2 et pouvant être supérieur, égal ou inférieur à 1 en fonction du rapport cyclique ai du deuxième circuit convertisseur de tension.Also optionally, the second voltage converter circuit has a conversion ratio of the intermediate voltage with respect to the input voltage depending on the duty cycle a2 and which can be greater than, equal to or less than 1 depending on the duty cycle ai of the second voltage converter circuit.
De façon optionnelle également, le premier circuit convertisseur de tension comporte :Also optionally, the first voltage converter circuit comprises:
- un premier interrupteur, une première capacité et un deuxième interrupteur disposés à la suite les uns des autres, la première capacité étant disposée entre les deux interrupteurs,a first switch, a first capacity and a second switch arranged one after the other, the first capacity being disposed between the two switches,
- un premier transformateur comportant un premier enroulement primaire, un deuxième enroulement primaire, un enroulement secondaire et un premier noyau magnétique couplant ces trois enroulements, les enroulements primaires étant disposés en série entre, d’une part, un point milieu du premier interrupteur et de la première capacité et, d'autre part, la première borne d'entrée,a first transformer comprising a first primary winding, a second primary winding, a secondary winding and a first magnetic core coupling these three windings, the primary windings being arranged in series between, on the one hand, a midpoint of the first switch and of the first capacity and, on the other hand, the first input terminal,
- un deuxième transformateur comportant un premier enroulement primaire, un deuxième enroulement primaire, un enroulement secondaire et un deuxième noyau magnétique couplant ces trois enroulements, les enroulements primaires étant montés en série entre, d’une part, un point milieu du deuxième interrupteur et de la première capacité et, d’autre part, la deuxième borne d'entrée.a second transformer comprising a first primary winding, a second primary winding, a secondary winding and a second magnetic core coupling these three windings, the primary windings being connected in series between, on the one hand, a midpoint of the second switch and of the first capacity and, on the other hand, the second input terminal.
De façon optionnelle également, chacun des deux enroulements secondaires est connecté, d’un côté, à l’une des deux bornes de sortie et, d’un autre côté, à l’autre des deux bornes de sortie au travers d’un interrupteur respectif.Also optionally, each of the two secondary windings is connected, on one side, to one of the two output terminals and, on the other hand, to the other of the two output terminals through a switch respective.
De façon optionnelle également, le premier circuit convertisseur de tension comporte deux branches comportant chacune un premier interrupteur, l’un respectif des deux enroulements secondaires et un deuxième interrupteur, et les deux enroulements secondaires présentent respectivement deux points intermédiaires connectés l’un à l'autre.Also optionally, the first voltage converter circuit comprises two branches each comprising a first switch, a respective one of the two secondary windings and a second switch, and the two secondary windings respectively have two intermediate points connected one to the other.
DESCRIPTION DES FIGURESDESCRIPTION OF THE FIGURES
La figure 1 est un schéma électrique d'un convertisseur de tension selon un premier mode de réalisation l’invention.Figure 1 is an electrical diagram of a voltage converter according to a first embodiment of the invention.
Les figures 2 et 3 sont des schémas électriques d’un premier circuit convertisseur de tension du convertisseur de tension de la figure 1, respectivement dans des premier et deuxième états.Figures 2 and 3 are electrical diagrams of a first voltage converter circuit of the voltage converter of Figure 1, in first and second states, respectively.
Les figures 4 et 5 sont des schémas électriques d’un deuxième circuit convertisseur de tension du convertisseur de tension de la figure 1, respectivement dans des premier et deuxième états.Figures 4 and 5 are electrical diagrams of a second voltage converter circuit of the voltage converter of Figure 1, in first and second states, respectively.
La figure 6 est un circuit électrique d’un convertisseur de tension selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.Figure 6 is an electrical circuit of a voltage converter according to a second embodiment of the invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉEDETAILED DESCRIPTION
En référence à la figure 1, un convertisseur de tension 100 selon un premier mode de réalisation de l'invention va à présent être décrit.With reference to FIG. 1, a voltage converter 100 according to a first embodiment of the invention will now be described.
Le convertisseur de tension 100 est un convertisseur continu/continu destiné à recevoir une tension d’entrée Ve continue et conçu pour fournir une tension de sortie Vs continue à partir de la tension d’entrée Ve, selon un facteur de conversion global A :The voltage converter 100 is a DC / DC converter intended to receive a continuous input voltage Ve and designed to supply a continuous output voltage Vs from the input voltage Ve, according to an overall conversion factor A:
Le convertisseur de tension 100 comporte un premier circuit convertisseur de tension 102, qui est un convertisseur continu/continu isolé conçu pour recevoir une tension intermédiaire Vint et pour fournir la tension de sortie Vs à partir de la tension intermédiaire Vint, selon un premier facteur de conversion Ai :The voltage converter 100 includes a first voltage converter circuit 102, which is an isolated DC / DC converter designed to receive an intermediate voltage Vint and to supply the output voltage Vs from the intermediate voltage Vint, according to a first factor of Ai conversion:
Le circuit convertisseur de tension 102 est un convertisseur abaisseur, ce qui signifie que le facteur de conversion Ai est inférieur à 1.The voltage converter circuit 102 is a step-down converter, which means that the conversion factor Ai is less than 1.
Le circuit convertisseur de tension 102 comporte tout d’abord une première borne d’entrée Eai et une deuxième borne d’entrée Ea2 destinées à recevoir la tension intermédiaire VintLe circuit convertisseur de tension 102 comporte un premier interrupteur Qau, une première capacité Cai et un deuxième interrupteur Qai2 disposés à la suite les uns des autres, sur une même branche, avec la capacité Cai disposée entre les deux interrupteurs Qau, Qai2.The voltage converter circuit 102 firstly comprises a first input terminal Eai and a second input terminal Ea2 intended to receive the intermediate voltage Vint The voltage converter circuit 102 comprises a first switch Qau, a first capacitor Cai and a second switch Qai2 arranged one after the other, on the same branch, with the capacity Cai disposed between the two switches Qau, Qai2.
Le circuit convertisseur de tension 102 comporte en outre des premier et deuxième transformateurs T, T’ présentant chacun trois enroulements : un premier enroulement primaire Laii, Laii· un deuxième enroulement primaire Lai2, Lai2' et un enroulement secondaire La2i, La2i·. Chaque transformateur T, T' comporte en outre un noyau magnétique respectif (représenté par des lignes pointillées) conçu pour coupler les enroulements Laii, Lai2, La2i, respectivement les enroulements Laii·, Lai2·, La2i·. Il sera noté que les enroulements Laii, Lai2, La2i sont découplés des enroulement Laii’, Lai2-, La2i·.The voltage converter circuit 102 further comprises first and second transformers T, T ’each having three windings: a first primary winding Laii, Laii · a second primary winding Lai2, Lai2 'and a secondary winding La2i, La2i ·. Each transformer T, T 'further comprises a respective magnetic core (represented by dotted lines) designed to couple the windings Laii, Lai2, La2i, respectively the windings Laii ·, Lai2 ·, La2i ·. It will be noted that the windings Laii, Lai2, La2i are decoupled from the windings Laii ’, Lai2-, La2i ·.
De manière générale, les coefficients de couplage entre les enroulements peuvent être différents. Dans l’exemple décrit, pour chaque transformateur T, T', le coefficient de couplage entre les premier et deuxième enroulements primaires est de 1, et le coefficient de couplage entre l’enroulement secondaire et chacun des premier et deuxième enroulements primaires est de N.In general, the coupling coefficients between the windings can be different. In the example described, for each transformer T, T ', the coupling coefficient between the first and second primary windings is 1, and the coupling coefficient between the secondary winding and each of the first and second primary windings is N .
Ainsi, les premiers enroulements primaires Laii, Laii- sont disposés en série entre, d’une part, un point milieu de l’interrupteur Qah et de la capacité Cai et, d’autre part, la borne d’entrée Eai.Thus, the first primary windings Laii, Laii- are arranged in series between, on the one hand, a midpoint of the switch Qah and of the capacitance Cai and, on the other hand, the input terminal Eai.
De même, les deuxièmes enroulements primaires Lai2, Lai2· sont disposés en série entre, d’une part, un point milieu de l’interrupteur Qai2 et de la capacité Cai et, d'autre part, la borne d’entrée Ea2.Similarly, the second primary windings Lai2, Lai2 · are arranged in series between, on the one hand, a midpoint of the switch Qai2 and of the capacitor Cai and, on the other hand, the input terminal Ea2.
Le circuit convertisseur de tension 102 comporte en outre une première borne de sortie Sai et une deuxième borne de sortie Sa2 destinées à fournir la tension de sortie Vs. La borne de sortie Sai est connectée à une première masse électrique 104.The voltage converter circuit 102 further comprises a first output terminal Sai and a second output terminal Sa2 intended to supply the output voltage Vs. The output terminal Sai is connected to a first electrical ground 104.
Le circuit convertisseur de tension 102 comporte en outre un troisième interrupteur Qa2i et un quatrième interrupteur Qa22.The voltage converter circuit 102 further includes a third switch Qa2i and a fourth switch Qa22.
Chaque enroulement secondaire La2i, La21- est connectée entre les bornes de sortie Sai, Sa2 au travers de l’un respectif parmi les interrupteurs Qa2i, Qa22.Each secondary winding La2i, La21- is connected between the output terminals Sai, Sa2 through a respective one among the switches Qa2i, Qa22.
Le circuit convertisseur de tension 102 comporte en outre une deuxième capacité Ca2 connectée entre les bornes de sortie Sai, Sa2 afin de lisser la tension de sortie Vs.The voltage converter circuit 102 further comprises a second capacitor Ca2 connected between the output terminals Sai, Sa2 in order to smooth the output voltage Vs.
Ainsi, une charge Ç peut être connectée entre les bornes de sortie Sai, Sa2 pour être alimentée électriquement à la tension de sortie Vs. La charge Ç comporte par exemple une batterie à rechargerThus, a load Ç can be connected between the output terminals Sai, Sa2 to be supplied electrically at the output voltage Vs. The load Ç comprises for example a battery to be recharged
Grâce au fait que le circuit convertisseur de tension 102 comporte deux branches, l’une avec les premier enroulements primaires Laii, Laiv, l'autre avec les deuxièmes enroulements La2i, La2i’, la capacité Ca2 n’est parcourue par le courant d’une seule des branches à la fois, et non pas par le courant reçue par la borne d’entrée Ea2.Thanks to the fact that the voltage converter circuit 102 comprises two branches, one with the first primary windings Laii, Laiv, the other with the second windings La2i, La2i ', the capacity Ca2 is not traversed by the current of only one of the branches at a time, and not by the current received by the input terminal Ea2.
Les transformateurs T, T’ présentent des distances d’isolement galvanique créant une isolation galvanique entre le primaire et le secondaire. Ainsi, les transformateurs T, T’ forment une barrière d’isolation 106 divisant le circuit convertisseur de tension 102 en deux parties Pi, P2. En particulier, les masses électriques 104,112 sont isolées.Transformers T, T ’have galvanic isolation distances creating galvanic isolation between the primary and secondary. Thus, the transformers T, T ’form an insulation barrier 106 dividing the voltage converter circuit 102 into two parts Pi, P2. In particular, the electrical grounds 104,112 are isolated.
Les interrupteurs Qah, Qai2, Qa2i, Qa22 comportent par exemple chacun un transistor, tel qu’un MOSFET (de l’anglais «Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor »). Alternativement, chacun d’une partie des interrupteurs Qah, Qai2, Qa2i, Qa22 pourrait être formé par une diode, dont l’état serait imposé par l’état des autres interrupteurs commandables.The switches Qah, Qai2, Qa2i, Qa22 each include, for example, a transistor, such as a MOSFET (from the English "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor"). Alternatively, each of a part of the switches Qah, Qai2, Qa2i, Qa22 could be formed by a diode, the state of which would be imposed by the state of the other controllable switches.
Le convertisseur de tension 100 comporte en outre un premier système de commande 108 du circuit convertisseur de tension 102.The voltage converter 100 further comprises a first control system 108 of the voltage converter circuit 102.
Le système de commande 108 est conçu pour commander les interrupteurs Qah, Qai2, Qa2i, Qa22 pour faire commuter le circuit convertisseur de tension 102 entre un premier état où les interrupteurs Qah, Qa2i sont fermés tandis que les interrupteurs Qai2, Qa22 sont ouverts, et un deuxième état où les interrupteurs Qah, Qa2i sont ouverts tandis que les interrupteurs Qai2, Qa22 sont fermés.The control system 108 is designed to control the switches Qah, Qai2, Qa2i, Qa22 in order to switch the voltage converter circuit 102 between a first state where the switches Qah, Qa2i are closed while the switches Qai2, Qa22 are open, and a second state where the switches Qah, Qa2i are open while the switches Qai2, Qa22 are closed.
Le système de commande 108 est conçu pour faire commuter le circuit convertisseur de tension 102 à une première fréquence Fi correspondant à une première période Ti :The control system 108 is designed to switch the voltage converter circuit 102 to a first frequency Fi corresponding to a first period Ti:
Durant chaque période Ti, les deux états se succèdent selon un premier rapport cyclique ai. Ainsi, le premier état est maintenu pendant un temps αι·Τι, tandis que le deuxième état est maintenu pendant un temps (l-ai)-Ti.During each period Ti, the two states succeed each other according to a first duty cycle ai. Thus, the first state is maintained for a time αι · Τι, while the second state is maintained for a time (l-ai) -Ti.
Comme cela sera expliqué par la suite, le facteur de conversion Ai dépend du rapport cyclique ai. Dans l’exemple décrit, le facteur de conversion Ai vaut sensiblement :As will be explained below, the conversion factor Ai depends on the duty cycle ai. In the example described, the conversion factor Ai is substantially equal to:
Ai = 2 N a! (1 — ai) où N est le coefficient de conversion entre l’enroulement secondaire et chacun des enroulements primaires.Ai = 2 N a! (1 - ai) where N is the conversion coefficient between the secondary winding and each of the primary windings.
Dans l’exemple décrit, le système de commande 108 est conçu pour faire commuter le circuit convertisseur de tension 102 avec un rapport cyclique ai constant, de préférence égal à 0,5.In the example described, the control system 108 is designed to switch the voltage converter circuit 102 with a constant duty cycle ai, preferably equal to 0.5.
Le convertisseur de tension 100 comporte en outre un deuxième circuit convertisseur de tension 110, qui est un convertisseur continu/continu destiné à recevoir la tension d'entrée Ve et conçu pour fournir la tension intermédiaire Vint au premier circuit convertisseur de tension 102 à partir de la tension d’entrée Ve, selon un deuxième facteur de conversion A2 :The voltage converter 100 further comprises a second voltage converter circuit 110, which is a DC / DC converter intended to receive the input voltage Ve and designed to supply the intermediate voltage Vint to the first voltage converter circuit 102 from the input voltage Ve, according to a second conversion factor A2:
Le circuit convertisseur de tension 110 est un convertisseur élévateur/abaisseur, ce qui signifie que le facteur A2 peut être inférieur, égal ou supérieur à 1.The voltage converter circuit 110 is a step-up / step-down converter, which means that the factor A2 can be less than, equal to or greater than 1.
Le circuit convertisseur de tension 110 comporte tout d’abord une première borne d’entrée Ebi destinée à être connectée à une deuxième masse électrique 112, différente de la première masse électrique 104, et une deuxième borne d’entrée Eb2 destinées à être connectées à une source de tension continue 114 pour recevoir la tension d'entrée Ve.The voltage converter circuit 110 firstly comprises a first input terminal Ebi intended to be connected to a second electrical ground 112, different from the first electrical ground 104, and a second input terminal Eb2 intended to be connected to a DC voltage source 114 for receiving the input voltage Ve.
Le circuit convertisseur de tension 110 comporte en outre un premier interrupteur Qbi présentant un premier côté connecté à la première borne d’entrée Eia.The voltage converter circuit 110 further comprises a first switch Qbi having a first side connected to the first input terminal Eia.
Le circuit convertisseur de tension 110 comporte en outre une première inductance Lbi connectée entre un deuxième côté de l'interrupteur Qbi et la borne d’entrée Ebi.The voltage converter circuit 110 further comprises a first inductor Lbi connected between a second side of the switch Qbi and the input terminal Ebi.
Le circuit convertisseur de tension 110 comporte en outre une première capacité Cbi présentant un premier côté connecté à un point milieu de l’interrupteur Qbi et de l'inductance Lbi.The voltage converter circuit 110 further comprises a first capacitor Cbi having a first side connected to a midpoint of the switch Qbi and of the inductance Lbi.
Le circuit convertisseur de tension 110 comporte en outre une deuxième inductance Lb2 présentant un premier côté connecté entre la capacité Cbi.The voltage converter circuit 110 further comprises a second inductor Lb2 having a first side connected between the capacitor Cbi.
Le circuit convertisseur de tension 110 comporte en outre un deuxième interrupteur Qb2 connecté entre, d’une part, un point milieu de la capacité Cbi et de l’inductance Lb2 et, d’autre part, la borne d’entrée Ebi.The voltage converter circuit 110 further comprises a second switch Qb2 connected between, on the one hand, a midpoint of the capacitor Cbi and of the inductance Lb2 and, on the other hand, the input terminal Ebi.
Le circuit convertisseur de tension 110 comporte en outre une première borne de sortie Sbi connectée à la borne d’entrée Ebi et une deuxième borne de sortie Sb2 connectée à un deuxième côté de l’inductance Lb2. Les bornes de sortie Sbi, Sb2 sont connectées respectivement aux bornes d’entrée Eai, Ea2 du circuit convertisseur de tension 102 pour fournir à ce dernier la tension intermédiaire Vint.The voltage converter circuit 110 further comprises a first output terminal Sbi connected to the input terminal Ebi and a second output terminal Sb2 connected to a second side of the inductance Lb2. The output terminals Sbi, Sb2 are connected respectively to the input terminals Eai, Ea2 of the voltage converter circuit 102 to supply the latter with the intermediate voltage Vint.
Le circuit convertisseur de tension 110 comporte en outre une deuxième capacité Cb2 connectée entre les deux bornes de sortie Sbi, Sb2 pour lisser la tension intermédiaire Vint.The voltage converter circuit 110 further comprises a second capacitor Cb2 connected between the two output terminals Sbi, Sb2 to smooth the intermediate voltage Vint.
Le convertisseur de tension 100 comporte en outre un deuxième système de commande 116 du circuit convertisseur de tension 110.The voltage converter 100 further comprises a second control system 116 of the voltage converter circuit 110.
Le système de commande 116 est conçu pour commander les interrupteurs Qbi, Qb2 pour faire commuter le circuit convertisseur de tension 110 entre un premier état où l'interrupteur Qbi est fermé tandis que l’interrupteur Qb2 est ouvert, et une deuxième état où l’interrupteur Qbi est ouvert tandis que l’interrupteur Qb2 est fermé.The control system 116 is designed to control the switches Qbi, Qb2 to switch the voltage converter circuit 110 between a first state where the switch Qbi is closed while the switch Qb2 is open, and a second state where the Qbi switch is open while Qb2 switch is closed.
Le système de commande 116 est conçu pour faire commuter le circuit convertisseur de tension 110 à une deuxième fréquence F2 correspondant à une deuxième période T2 :The control system 116 is designed to switch the voltage converter circuit 110 to a second frequency F2 corresponding to a second period T2:
Les fréquences Fi, F2 peuvent être identiques où différentes. De préférence, elles sont différentes. De préférence encore, la fréquence F2 de commutation du circuit convertisseur de tension 110 est supérieure à la fréquence Fi de commutation du circuit convertisseur de tension 102.The frequencies Fi, F2 can be identical or different. Preferably, they are different. More preferably, the switching frequency F2 of the voltage converter circuit 110 is greater than the switching frequency Fi of the voltage converter circuit 102.
Durant chaque période T2, les deux états se succèdent selon un deuxième rapport cyclique (X2. Ainsi, le premier état est maintenu pendant un temps 0C2-T2, tandis que le deuxième état est maintenu pendant un temps (1-α2)·Τ2.During each period T2, the two states succeed each other according to a second duty cycle (X2. Thus, the first state is maintained for a time 0C2-T2, while the second state is maintained for a time (1-α2) · Τ2.
Comme cela sera expliqué par la suite, le facteur de conversion A2 dépend du rapport cyclique Œ2. Dans l’exemple décrit, le facteur de conversion A2 vaut sensiblement :As will be explained below, the conversion factor A2 depends on the duty cycle Œ2. In the example described, the conversion factor A2 is substantially worth:
«2 (1 - a2)"2 (1 - a 2 )
Le système de commande 116 est en outre conçu pour recevoir une tension de sortie de référence Vs_ref et pour mesurer la tension de sortie Vs.The control system 116 is further designed to receive a reference output voltage Vs_ref and to measure the output voltage Vs.
Le système de commande 116 est en outre conçu pour modifier le rapport cyclique 0C2 pour que la tension de sortie Vs suive la tension de sortie de référence Vs_ref.The control system 116 is further designed to modify the duty cycle 0C2 so that the output voltage Vs follows the reference output voltage Vs_ref.
En référence aux figures 2 et 3, le fonctionnement du circuit convertisseur de tension 102 va à présent être décrit.With reference to FIGS. 2 and 3, the operation of the voltage converter circuit 102 will now be described.
En référence à la figure 2, lorsque le circuit convertisseur de tension 102 est dans son premier état, de l’énergie est directement transférée depuis les bornes d’entrée Eai, Ea2 vers les bornes de sortie Sai, Sa2 au travers du transformateur T'. En outre, l’enroulement secondaire La2i est déconnecté de sorte que les enroulements primaires Lau, Lai2 forment des inductances chargées depuis les bornes d’entrée Eai, Ea2.With reference to FIG. 2, when the voltage converter circuit 102 is in its first state, energy is directly transferred from the input terminals Eai, Ea2 to the output terminals Sai, Sa2 through the transformer T ' . In addition, the secondary winding La2i is disconnected so that the primary windings Lau, Lai2 form inductances charged from the input terminals Eai, Ea2.
En référence à la figure 3, lorsque le circuit convertisseur de tension 102 est dans son deuxième état, de l’énergie est directement transférée depuis les bornes d’entrée Eai, Ea2 vers les bornes de sortie Sai, Sa2 au travers du transformateur T. En outre, l’enroulement secondaire La2i- est déconnecté de sorte que les enroulements primaires Laiv, Lai2· forment des inductances chargées depuis les bornes d’entrée Eai, Ea2La charge des enroulements primaires Lau, Lai2 permet de faciliter la commutation à 0V des interrupteurs Qah, Qai2. Plus précisément, ces derniers présentent par construction des capacités parallèles (non représentées). Ainsi, lorsque l'un des interrupteurs Qah, Qai2 est ouvert, cette capacité parallèle est chargée. La fermeture de l’interrupteur est généralement précédée d'un temps mort au cours duquel les deux interrupteurs Qah, Qai2 sont ouverts. Pendant ce temps mort, l’énergie stockée dans les enroulements primaires de la branche en parallèle de l’interrupteur sur le point d’être fermé permet de décharger la capacité parallèle de cet interrupteur. L’énergie stockée dans les enroulements primaires est de préférence supérieure à celle stockée dans la capacité parallèle pour permettre la décharge de cette dernière. Ainsi, l’interrupteur peut être fermé avec une tension nulle à ses bornes.With reference to FIG. 3, when the voltage converter circuit 102 is in its second state, energy is directly transferred from the input terminals Eai, Ea2 to the output terminals Sai, Sa2 through the transformer T. In addition, the secondary winding La2i- is disconnected so that the primary windings Laiv, Lai2 · form inductances charged from the input terminals Eai, Ea2 The charging of the primary windings Lau, Lai2 makes it easier to switch the switches to 0V Qah, Qai2. More precisely, these latter have, by construction, parallel capacities (not shown). Thus, when one of the switches Qah, Qai2 is open, this parallel capacity is charged. The closing of the switch is generally preceded by a dead time during which the two switches Qah, Qai2 are open. During this dead time, the energy stored in the primary windings of the branch in parallel with the switch about to be closed allows the parallel capacity of this switch to be discharged. The energy stored in the primary windings is preferably greater than that stored in the parallel capacity to allow the discharge of the latter. Thus, the switch can be closed with zero voltage across its terminals.
Comme indiqué plus haut, le rapport cyclique ai vaut de préférence 0,5. Ainsi, il y a un équilibrage des enroulements Laii, Lai2, La2i et des enroulements Laii’, Lai2·, La2i·· Plus précisément, les branches du primaires Laii, Laii’ et Lai2, Lai2’ sont parcourues en moyenne par un même courant, de manière à ce que les enroulements primaires présentent un même vieillissement.As indicated above, the duty cycle ai is preferably 0.5. Thus, there is a balancing of the windings Laii, Lai2, La2i and the windings Laii ', Lai2 ·, La2i ·· More precisely, the branches of the primary Laii, Laii' and Lai2, Lai2 'are traversed on average by the same current , so that the primary windings have the same aging.
En outre , le circuit convertisseur de tension 102 fournit un courant en sortie, plus particulièrement en sortie des transformateurs T, T’ sensiblement continu et présentant donc des ondulations (« ripples » en anglais) qui sont faibles car les ondulations des courants dans des inductances magnétisantes des transformateurs T, T’sont compensées.In addition, the voltage converter circuit 102 supplies a current at the output, more particularly at the output of the transformers T, T ′ which is substantially continuous and therefore has ripples which are weak because the ripples of the currents in inductors. the transformers T, T's are compensated.
Ainsi, les interrupteurs Qa2i, Qa22 sont parcourues en moyenne et en régime permanent par un même courant lorsqu'ils sont fermés et subissent une même tension maximum lorsqu’ils sont ouverts. Or, les interrupteurs Qa2i, Qa22 présentent des diodes inverses respectives (par exemple, intrinsèquement), non représentées, subissant les tensions maximum qui dépendent du rapport cyclique ai. Plus précisément, le maximum de tension Vi pour la diode inverse de l’interrupteur Qa2i vaut sensiblement :Thus, the switches Qa2i, Qa22 are traversed on average and in steady state by the same current when they are closed and undergo the same maximum voltage when they are open. However, the switches Qa2i, Qa22 have respective reverse diodes (for example, intrinsically), not shown, undergoing the maximum voltages which depend on the duty cycle ai. More precisely, the maximum voltage Vi for the reverse diode of the switch Qa2i is substantially worth:
Le maximum de tension V2 pour la diode inverse de l’interrupteur Qa22 vaut sensiblement :The maximum voltage V2 for the reverse diode of the switch Qa22 is substantially worth:
Ainsi, avec un rapport cyclique ai égal à 0,5, les maximum de tension Vi, V2 sont égaux, et le vieillissement des diodes est le même.Thus, with a duty cycle ai equal to 0.5, the voltage maximums Vi, V2 are equal, and the aging of the diodes is the same.
En référence aux figures 4 et 5, le fonctionnement du circuit convertisseur de tension 110 va à présent être décrit.With reference to FIGS. 4 and 5, the operation of the voltage converter circuit 110 will now be described.
En référence à la figure 4, lorsque le circuit convertisseur de tension 110 est dans son premier état, l'inductance Lbi et l’inductance Lb2 se chargent depuis la borne d'entré Eb2. Ainsi, l’inductance Lb2 fournit un courant croissant à la borne de sortie Sb2.With reference to FIG. 4, when the voltage converter circuit 110 is in its first state, the inductance Lbi and the inductance Lb2 are charged from the input terminal Eb2. Thus, the inductance Lb2 supplies an increasing current to the output terminal Sb2.
En référence à la figure 5, lorsque le circuit convertisseur de tension 110 est dans le deuxième état, la borne d'entrée Eb2 pour qu’elle ne fournissent plus d’énergie. En outre, l’inductance Lbi se décharge dans la capacité Cbi tandis que l’inductance Lb2 se décharge dans la deuxième borne de sortie Sb2. Ainsi, l'inductance Lb2 fournit un courant décroissant à la borne de sortie Sb2.With reference to FIG. 5, when the voltage converter circuit 110 is in the second state, the input terminal Eb2 so that it no longer supplies energy. In addition, the inductor Lbi discharges into the capacitor Cbi while the inductor Lb2 discharges into the second output terminal Sb2. Thus, the inductance Lb2 supplies a decreasing current to the output terminal Sb2.
Ainsi, l'inductance Lbi et l’interrupteur Qbi forment un hacheur série (« buck converter» en anglais).Thus, the Lbi inductor and the Qbi switch form a serial chopper ("buck converter" in English).
En référence à la figure 6, un convertisseur de tension 600 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention va à présent être décrit.With reference to FIG. 6, a voltage converter 600 according to a second embodiment of the invention will now be described.
Le convertisseur de tension 600 est identique au convertisseur de tension 100, si ce n’est que les interrupteurs Qa2i, Qa22 de la figure 1 sont dédoublés afin de diviser par deux la tension subie lors de leur ouverture.The voltage converter 600 is identical to the voltage converter 100, except that the switches Qa2i, Qa22 in FIG. 1 are split in order to halve the voltage experienced when they are opened.
Plus précisément, l'interrupteur Qa2i de la figure 1 est dédoublé en deux interrupteurs Qa2ia, Qa2ib. Pour permettre ce dédoublement, l’enroulement secondaire La21' de la figure 1 est aussi dédoublé et comporte deux parties d’enroulement secondaire La2i-a, La2ib. L’interrupteur Qa2i et la partie d’enroulement secondaire La21’a sont disposés en série dans une première branche. L’interrupteur Qa2ib et la partie d’enroulement secondaire La21’b sont disposés en série dans une deuxième branche. Les première et deuxième branches sont connectées entre les bornes de sortie Sai, Sa2 et l’une à l’autre en un premier point milieu.More precisely, the switch Qa2i in FIG. 1 is split into two switches Qa2ia, Qa2ib. To allow this duplication, the secondary winding La21 'of Figure 1 is also split and has two parts of secondary winding La2i-a, La2ib. The switch Qa2i and the secondary winding part La21’a are arranged in series in a first branch. The Qa2ib switch and the secondary winding part La21’b are arranged in series in a second branch. The first and second branches are connected between the output terminals Sai, Sa2 and each other at a first midpoint.
Par ailleurs, l’interrupteur Qa22 de la figure 1 est dédoublé en deux interrupteurs Qa22a, Qa22b. Pour permettre ce dédoublement, l’enroulement secondaire La2i de la figure 1 est aussi dédoublé et comporte deux parties enroulement secondaire La2ia, La2ib. L’interrupteur Qa22a et l’enroulement secondaire La2ia sont disposés en série dans une troisième branche. L’interrupteur Qa2ib et l’enroulement secondaire La2ib sont disposés en série dans une quatrième branche. Les troisième et quatrième branches sont connectées entre les bornes de sortie Sai, Sa2 et l’une à l’autre en un deuxième point milieu, connecté au premier point milieu.Furthermore, the switch Qa22 in FIG. 1 is split into two switches Qa22a, Qa22b. To allow this duplication, the secondary winding La2i of FIG. 1 is also split and comprises two parts of secondary winding La2ia, La2ib. The Qa22a switch and the La2ia secondary winding are arranged in series in a third branch. The Qa2ib switch and the La2ib secondary winding are arranged in series in a fourth branch. The third and fourth branches are connected between the output terminals Sai, Sa2 and to each other at a second midpoint, connected to the first midpoint.
En fonctionnement, dans le premier état, les interrupteurs Qa2ia, Qazib sont fermés tandis que les interrupteurs Qa22a, Qa22b sont ouverts. Un transfert direct d’énergie s’effectue alors depuis les enroulements Laii·, Lai2’ vers les enroulements La2ia, La2ib- En outre, de l’énergie est stockée dans les enroulements Laii, Lai2.In operation, in the first state, the switches Qa2ia, Qazib are closed while the switches Qa22a, Qa22b are open. A direct transfer of energy then takes place from the windings Laii ·, Lai2 ’to the windings La2ia, La2ib- In addition, energy is stored in the windings Laii, Lai2.
Inversement, dans le deuxième état, les interrupteurs Qa22a, Qa22b sont fermés tandis que les interrupteurs Qa2ia, Qa2ib sont ouverts. Un transfert direct d’énergie s’effectue alors depuis les enroulements Laii, Lai2 vers les enroulements La2ia, La2ib. En outre, de l’énergie est stockée dans les enroulements Laii-, Lai2·.Conversely, in the second state, the switches Qa22a, Qa22b are closed while the switches Qa2ia, Qa2ib are open. A direct transfer of energy then takes place from the windings Laii, Lai2 to the windings La2ia, La2ib. In addition, energy is stored in the windings Laii-, Lai2 ·.
La présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment, mais est au contraire définie par les revendications qui suivent. Il sera en effet apparent à l’homme du métier que des modifications peuvent y être apportées.The present invention is not limited to the embodiments described above, but is on the contrary defined by the claims which follow. It will in fact be apparent to those skilled in the art that modifications can be made to it.
Par ailleurs, les termes utilisés dans les revendications ne doivent pas être compris comme limités aux éléments des modes de réalisation décrits précédemment, mais doivent au contraire être compris comme couvrant tous les éléments équivalents que l'homme du métier peut déduire à partir de ses connaissances générales.Furthermore, the terms used in the claims must not be understood as limited to the elements of the embodiments described above, but must on the contrary be understood as covering all the equivalent elements which the person skilled in the art can deduce from his knowledge. general.
Claims (11)
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