FR3062759A1 - Unite et boitier tru d'aeronef de masse reduite et fiabilite accrue - Google Patents
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Abstract
La présente invention propose une unité TRU d'aéronef, comprenant un étage (11) de redressement d'une tension d'entrée alternative triphasée et un étage de régulation de la tension d'entrée redressée, l'étage (11) de redressement de la tension d'entrée comprenant pour chaque phase de ladite tension, une structure en pont comprenant en parallèle : - un premier convertisseur de type boost pour redresser les tensions positives, et - un deuxième convertisseur de type boost, inversé par rapport au premier, pour redresser les tensions négatives, chaque convertisseur comprenant des commutateurs, et chaque commutateur étant un transistor en carbure de silicium. La présente invention propose également un boitier TRU d'aéronef comprenant trois unités TRU redondées.
Description
® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) (© N° d’enregistrement national
062 759
51055
COURBEVOIE ©IntCI8: H 02 M 7/219 (2017.01)
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION
A1
| ©) Date de dépôt : 08.02.17. | © Demandeur(s) : NEXEYA FRANCE Société par |
| (30) Priorité : | actions simplifiée — FR. |
| @ Inventeur(s) : HANIN SAMUEL. | |
| @) Date de mise à la disposition du public de la | |
| demande : 10.08.18 Bulletin 18/32. | |
| (© Liste des documents cités dans le rapport de | |
| recherche préliminaire : Se reporter à la fin du | |
| présent fascicule | |
| (© Références à d’autres documents nationaux | ©) Titulaire(s) : NEXEYA FRANCE Société par actions |
| apparentés : | simplifiée. |
| ©) Demande(s) d’extension : | © Mandataire(s) : CABINET PLASSERAUD. |
Pty UNITE ET BOITIER TRU D'AERONEF DE MASSE REDUITE ET FIABILITE ACCRUE.
FR 3 062 759 - A1 _ La présente invention propose une unité TRU d'aéronef, comprenant un étage (11) de redressement d'une tension d'entrée alternative triphasée et un étage de régulation de la tension d'entrée redressée, l'étage (11 ) de redressement de la tension d'entrée comprenant pour chaque phase de ladite tension, une structure en pont comprenant en parallèle:
- un premier convertisseur de type boost pour redresser les tensions positives, et
- un deuxième convertisseur de type boost, inversé par rapport au premier, pour redresser les tensions négatives, chaque convertisseur comprenant des commutateurs, et chaque commutateur étant un transistor en carbure de silicium.
La présente invention propose également un boitier TRU d'aéronef comprenant trois unités TRU redondées.
L1 L2 =L3 .
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DC+
DC-
DOMAINE DE L’INVENTION
La présente invention se rapporte au domaine aéronautique et en particulier celui de la distribution électrique sur un aéronef, notamment un hélicoptère. L’invention concerne une unité de transformation et de redressement de tension d’aéronef, ainsi qu’un boitier de transformation et de redressement de tension comprenant plusieurs desdites unités.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Les aéronefs tels que les hélicoptères comportent classiquement au moins un générateur de tension alternative triphasée pour l’alimentation des systèmes électriques de bord. Or les systèmes de bord exigent d’être alimentés par un courant continu et une tension constante régulée. Typiquement la tension produite par le générateur de tension peut être d’une valeur nominale de 115V (ou 200 V entre deux phases), à une fréquence nominale de 400 Hz, alors que le courant d’alimentation des systèmes de bords doit présenter une intensité nominale de 300 A avec une tension continue régulée comprise entre 26 V et 30 V.
Par conséquent il est nécessaire de redresser cette tension en une tension continue constante pour alimenter lesdits systèmes électriques. Pour ce faire, il est connu d’utiliser un boitier d’électronique de puissance appelé boitier de transformation et de redressement de tension, ou également connu sous le nom de TRU (acronyme anglais de Transformer Rectifier Unit).
Les boîtiers TRU connus de l’Homme du Métier sont classiquement constitués uniquement par des composants électroniques passifs fonctionnant en permanence.
On connaît par exemple du document US 2010171365 un boitier TRU classique, qui comprend un transformateur dont les enroulements secondaires sont connectés à un redresseur, ce dernier étant formé par un ensemble de diodes, ainsi qu’une charge fictive de sortie constituée par un ensemble de résistances en parallèle.
Outre les fonctions de redressement et de régulation de la tension, ce type de boitier doit également répondre à d’autres contraintes, comme la fourniture d’un facteur de puissance aussi élevé que possible et la production d’harmoniques aussi faible que possible, pour fournir un rendement élevé et un courant dépourvu de perturbations électriques.
Les boîtiers TRU classiques tels que celui mentionné ci-avant présentent, pour atteindre ces objectifs, un rapport de puissance massique d’environ 1, c’est-àdire qu’ils pèsent 1 kg par kiloWatt généré.
Dans le cas d’un boitier TRU embarqué à bord d’un véhicule, et en particulier à bord d’un aéronef comme un hélicoptère, il est désirable de réduire substantiellement la masse d’un tel boitier, tout en conservant les mêmes performances sur la puissance et la qualité du courant délivré.
PRESENTATION DE L’INVENTION
L’invention a pour but d’améliorer l’état de la technique existant, en proposant un boitier de transformation et de redressement de tension présentant un rapport de puissance massique plus élevé, et donc une masse réduite par rapport aux boîtiers existants.
Un autre but de l’invention est de maintenir des performances élevées en termes de facteur de puissance et de réduction du taux d’harmoniques dans le courant absorbé sur le réseau triphasé.
Un autre but de l’invention est de présenter une fiabilité élevée.
A cet égard, l’invention a pour objet une unité de transformation et de redressement de tension d’aéronef, présentant une entrée destinée à être alimentée par une tension d’entrée alternative triphasée et délivrant une tension de sortie continue constante, l’unité comprenant un étage de redressement de la tension d’entrée et un étage de régulation de la tension d’entrée redressée, caractérisée en ce que l’étage de redressement de la tension d’entrée comprend, pour chaque phase de ladite tension, une structure en pont comprenant en parallèle :
- un premier convertisseur de type boost pour redresser les tensions positives, et
- un deuxième convertisseur de type boost, inversé par rapport au premier, pour redresser les tensions négatives, chaque convertisseur comprenant des commutateurs, et en ce que chaque commutateur des convertisseurs de type boost est un transistor en carbure de silicium.
Avantageusement, mais facultativement, l’unité de transformation et de redressement de tension selon l’invention peut en outre comprendre au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- les commutateurs peuvent être commandés pour commuter selon une fréquence de découpage supérieure à 300 kHz.
- pour chaque phase de la tension, la structure en pont peut comprendre :
o une inductance, o trois branches en parallèle raccordées à un point neutre et comprenant respectivement :
une première diode orientée dans un premier sens en série avec un premier condensateur, une deuxième diode orientée dans un sens opposé au premier sens en série avec un deuxième condensateur, et deux commutateurs branchés de manières opposées.
- les condensateurs peuvent être communs pour les trois phases de la tension d’entrée, et les inductances distinctes, mais de valeur d’inductance égale, pour les trois phases de la tension d’entrée.
- l’étage de régulation peut être une structure de conversion à pont complet à modulation de phase, ladite structure comprenant un transformateur, une structure reliée au primaire du transformateur, et une structure reliée au secondaire du transformateur, la structure reliée au primaire comprenant un pont de transistors, dans laquelle les transistors sont formés par des composants en carbure de silicium.
- les transistors peuvent être commandés pour commuter à une fréquence supérieure à 300 kHz.
- le transformateur peut être de type planaire.
- chaque unité de conversion peut être adaptée pour fournir un courant de 100 A sous une tension continue de 30V en fonctionnement nominal.
L’invention a également pour objet un boitier de transformation et de redressement de tension d’aéronef comprenant trois unités selon la description qui précède, chaque unité étant adaptée pour délivrer la moitié de la puissance nominale du boitier, le boitier comprenant en outre des moyens d’isolement en entrée et en sortie de chaque unité adaptés pour isoler une unité défaillante.
Avantageusement, mais facultativement, le boitier de transformation et de redressement de tension d’aéronef selon l’invention peut en outre comprendre un circuit de refroidissement des commutateurs.
La structure proposée d’unité de transformation et de redressement de tension permet d’améliorer le rapport de puissance massique des boîtiers de TRU classiques d’un facteur 2 à 4, ce qui permet donc d’alléger substantiellement le boitier de TRU selon l’invention, et donc de réduire la consommation en carburant de l’aéronef dans lequel le boitier est embarqué.
En effet, l’utilisation de transistors en carbure de silicium permet l’utilisation d’une structure électrique à base de convertisseurs de type boost avec une fréquence élevée de commutation des transistors. Cette fréquence de commutation élevée permet à son tour de réduire la taille et le poids des composants passifs de la structure électrique.
La structure elle-même comprenant deux convertisseurs de type boost respectivement adaptés pour redresser les tensions positives et les tensions négatives d’une phase, permet d’ajuster les valeurs des composants passifs de la structure pour redresser seulement la moitié de l’amplitude totale de la tension du signal, ce qui permet de diviser par deux ces valeurs, et notamment la valeur de l’inductance, ce qui contribue à alléger l’unité.
En outre, le boitier TRU proposé présente de bonnes performances sur la qualité du signal puisqu’il permet d’obtenir un facteur de puissance supérieur à 0,98 et un taux d’harmoniques inférieur à 3%.
Enfin, le caractère redondé des unités de transformation et de redressement de tension dans le boitier, en assurant que chaque unité puisse fournir la moitié de la puissance nominale du boitier complet, permet de rendre le boitier tolérant à la panne, son taux de disponibilités pouvant atteindre 5.107 F/H (défaut par heure de fonctionnement).
DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- La figure 1 est un schéma de l’architecture du boîtier de transformation et de redressement de tension selon un mode de réalisation de l’invention,
La figure 2 est un exemple de schéma d’architecture d’une unité de transformation et de redressement de tension selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 3 illustre schématiquement deux structures de convertisseurs boost adaptés pour redresser respectivement une tension positive et une tension négative.
La figure 4 illustre schématiquement une structure à base de convertisseurs de type boost pour redresser une phase d’une tension d’entrée,
La figure 5 représente schématiquement un étage de redressement de tension d’entrée d’une unité de transformation et de redressement selon un mode de réalisation de l’invention,
La figure 6 représente schématiquement un étage de régulation de la tension redressée d’une unité de transformation et de redressement selon un mode de réalisation de l’invention,
La figure 7 représente schématiquement une variante de réalisation de la partie secondaire de l’étage de régulation de tension.
DESCRIPTION DETAILLEE D’AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L’INVENTION
Boîtier et unité TRU
En référence à la figure 1, on a représenté un boîtier de transformation et de redressement de tension (TRU) 1 selon un mode de réalisation de l’invention. Ce boîtier 1 peut être embarqué dans un véhicule, typiquement dans un aéronef tel qu’un avion ou, plus préférentiellement, un hélicoptère.
Le boîtier TRU 1 est adapté pour être positionné en sortie d’un alternateur (non représenté) également embarqué dans le véhicule, l’alternateur délivrant une tension triphasée alternative. A titre d’exemple non limitatif, la tension produite par l’alternateur présente une valeur nominale de 115V et une fréquence nominale de
400 Hz. On a représenté schématiquement sur la figure 1 par L1, L2 et L3 les trois lignes de tension correspondant aux trois phases de la tension d’entrée délivrée au boîtier TRU.
Comme représenté sur la figure 1, le boîtier TRU 1 comporte trois unités 10 de transformation et de redressement de tension en parallèle, chacune étant adaptée pour recevoir en entrée la tension triphasée générée par l’alternateur.
Chaque unité 10 est adaptée pour convertir la tension alternative triphasée d’entrée en une tension continue constante, par exemple une tension comprise entre 26 et 30V.
Avantageusement, chaque unité 10 est adaptée pour fournir une puissance nominale égale à la moitié de la puissance nominale délivrée par le boîtier 1. Ainsi, en fonctionnement normal, le boîtier TRU 1 peut fournir une puissance maximale égale à trois fois la puissance nominale d’une unité 10. En outre, la présence de trois unités 10 en parallèle crée une redondance structurelle du boîtier 1, qui lui permet de délivrer sa puissance nominale attendue même en cas de défaillance de l’une des unités. Ceci permet donc d’augmenter la fiabilité du boîtier en lui conférant un taux de disponibilité de l’ordre de 5/107 défaut par heure de fonctionnement.
Pour pouvoir isoler chaque unité 10 de transformation et de redressement de tension en cas de défaillance de l’une d’elles, le boîtier TRU 1 comprend des moyens d’isolement en amont et en aval de chaque unité, par exemple un fusible FUS sur chaque ligne de la tension d’entrée et une diode D en sortie de chaque unité.
Ces moyens d’isolement permettent de sélectionner les unités 10 fonctionnelles et garantir le fonctionnement du boîtier TRU 1 en toute sécurité.
En outre, le boîtier TRU 1 comprend avantageusement des moyens de filtrage électromagnétique en entrée et en sortie, notés EMI sur la figure 1, un premier filtre étant positionné en amont des fusibles d’isolement des unités 10, et un deuxième filtre étant positionné en aval des diodes d’isolement des unités 10.
En référence à la figure 2, on a représenté schématiquement une unité 10 de transformation et de redressement de tension du boîtier TRU 1. L’ensemble des unités du boîtier 1 présente la même structure.
Chaque unité 10 comprend ainsi un étage 11 de redressement de la tension d’entrée, qui est adapté pour redresser la tension alternative triphasée en une tension continue, et un étage 12 d’isolement galvanique et de régulation de la tension ainsi redressée, adapté pour délivrer une tension de sortie de potentiel et d’intensité régulés. Par la suite l’étage 12 pourra être appelé étage de régulation par esprit de concision.
Chaque unité 10 comprend en outre un circuit 13 de contrôle et de pilotage de chacun des étages 11, 12 de redressement et de régulation. Ce circuit 13 comporte en particulier des moyens de mesure de certains paramètres de fonctionnement de chaque étage, dont notamment des capteurs de l’intensité et du potentiel de chaque phase de la tension d’entrée, des capteurs de l’intensité et du potentiel de la tension redressée en sortie de l’étage 11 de redressement, des capteurs de l’intensité et du potentiel de la tension de sortie de l’étage 12 de régulation, ainsi que des capteurs de la température de fonctionnement de chaque étage 11, 12. Les capteurs ne sont pas représentés sur les figures.
Le circuit 13 comporte en outre une unité de traitement (non représentée) adaptée pour traiter les valeurs transmises par les capteurs et piloter l’étage 11 de redressement et l’étage 12 de régulation. Cette unité de traitement peut avantageusement être entièrement constituée de composants analogiques, afin d’éviter la mise en oeuvre de logiciels qui nécessitent d’après les normes en vigueur des niveaux de qualification importants. En variante, l’unité de traitement peut être mise en oeuvre au moyen d’un processeur, microprocesseur, microcontrôleur, ou encore d’un circuit intégré programmable de type par exemple FPGA.
Etage de redressement de tension
En référence à la figure 5, on a représenté schématiquement l’étage 11 de redressement de tension d’une unité TRU 10.
Comme on va le montrer, cet étage est élaboré à partir de convertisseurs de type boost, dont un est représenté sur la figure 3.
Un circuit convertisseur de type boost est un circuit électrique classiquement utilisé dans une fonction d’augmentation d’une tension continue. II s’agit donc à l’origine d’un convertisseur de type courant continu vers courant continu (DC/DC).
Comme visible sur la figure 3, un circuit de type boost comprend une première maille comprenant la tension d’entrée V,N en série avec une inductance en série et un interrupteur commandé, et une deuxième maille comprenant l’interrupteur commandé, et une diode en série avec un condensateur de sortie, la diode étant passante dans le sens allant de l’inductance vers le condensateur, et la tension de sortie étant prise entre les bornes du condensateur.
Ce circuit fonctionne selon deux phases distinctes selon l’état de l’interrupteur. Lorsque l’interrupteur est fermé, le courant passe dans l’inductance, et cette dernière stocke une quantité d’énergie. Lorsque l’interrupteur s’ouvre, l’inductance se décharge dans la diode puis dans le condensateur et la résistance, il en résulte un transfert d’énergie accumulée dans l’inductance vers le condensateur.
Dans l’utilisation classique d’un convertisseur de type boost avec un courant continu, le rapport cyclique, c’est-à-dire le temps de conduction de l’interrupteur par rapport à la période de découpage, est égal à 1-V|N/V0UT, où V0UTest la tension de sortie. Ce rapport cyclique permet ensuite de paramétrer la valeur de l’inductance ainsi que la courbe du courant dans celle-ci.
Dans le cas de la présente invention la tension d’entrée n’est pas continue, mais alternative, et s’écrit V|N(t)=V|NCRETE.sin(wrest), avec wres=2Kfres, où fres est la fréquence de la tension d’entrée, et V|NCRETE la valeur de crête de la tension. Par conséquent le rapport cyclique varie continuellement, et la structure de base du convertisseur boost doit être adaptée pour absorber un courant depuis une valeur sinusoïdale positive ou négative.
En référence à la figure 4b, on a représenté le schéma électrique de la partie de l’étage 11 de redressement de tension dédiée à une seule phase.
Pour chaque phase, l’étage 11 présente une structure en pont 110 comprenant en parallèle un premier convertisseur boost adapté pour redresser les tensions positives, notées « +VIN », c’est-à-dire agencé de la manière décrite en référence à la figure 3, et un deuxième convertisseur boost adapté pour redresser les tensions négatives, notées « -VIN ». Le deuxième convertisseur est donc inversé par rapport au premier, c’est-à-dire que l’inductance se trouve en série de la borne négative de la tension d’entrée. La diode est également branchée sur la ligne de retour du deuxième étage, en étant passante du condensateur vers l’inductance.
Ces deux convertisseurs indépendants sont représentés sur la figure 4a.
La structure en pont 110 pour redresser une phase de la tension d’entrée de l’étage 11 et obtenue à partir de ces deux convertisseurs est représentée sur la figure 4b. Cette structure 110 concatène les deux convertisseurs en présentant :
Une inductance unique recevant en entrée une ligne de la tension alternative, et
- Trois branches en parallèles raccordées à un point neutre NP, les branches comprenant respectivement :
o Une première diode en série avec un premier condensateur, o Une deuxième diode, agencée de façon opposée à la première, en série avec un deuxième condensateur, et o Deux commutateurs bidirectionnels en série, agencés de façons opposées, ces commutateurs étant par exemple des transistors de type MOSFET,
La sortie étant branchée en parallèle des deux condensateurs.
Les transistors sont adaptés pour commuter selon une fréquence de découpage, qui est typiquement supérieure ou égale à 300kHz, par exemple égale à 350 kHz. Pour permettre une commutation selon une fréquence aussi élevée, les transistors sont des composants en carbure de silicium SiC. En effet, le choix de ce type de composant permet d’atteindre des fréquences de découpage très élevées avec des pertes de commutation limitées par rapport à des structures de commutation plus classiques.
En outre, cette structure concaténée comprenant un convertisseur fonctionnant sur les arches positives de la tension, et un autre fonctionnant sur les arches négatives de la tension, permet de diviser par deux l’amplitude maximale de tension traitée par l’inductance commune, ce qui réduit fortement la valeur de l’inductance et donc sa masse et son encombrement.
De manière analogue, chaque diode fonctionne en demi-alternance à savoir la diode de la branche du haut sur la figure 4b est dédiée au redressement de l’arche positive de la tension, et l’autre est dédiée au redressement de l’arche négative de la tension, ce qui permet de réduire les pertes de commutation. Pour réduire encore davantage ces pertes, les diodes sont de préférence aussi des composants en carbure de silicium SiC.
En référence à la figure 5, l’étage 11 de redressement de tension est obtenu par la concaténation de la structure en pont 110 à base de double convertisseur boost décrite ci-avant en référence à la figure 4b pour chacune des trois phases de la tension d’entrée.
Les inductances respectives de chaque phase L1, L2, L3 sont distinctes mais de valeur d’inductance identique. Les diodes et commutateurs de chaque structure en pont 110 sont distincts pour chaque phase compte-tenu de leurs chronologies de commutations différentes, en revanche les condensateurs des trois structures en pont 110 sont communs pour l’étage 11.
Etage de régulation de tension
En référence à la figure 6, on a représenté schématiquement un mode de réalisation de l’étage 12 de régulation de la tension redressée en sortie de l’étage
11.
L’étage 12 est un convertisseur courant continu/courant continu, et a pour fonction de fournir à partir de la tension redressée en sortie de l’étage 11 une tension régulée à une valeur constante réduite par rapport à la tension de sortie de l’étage 11, par exemple égale à 30 V, (dans chaque unité TRU 10), tout en assurant une isolation galvanique entre la tension en sortie de l’étage 11 et la tension en sortie de l’étage 12.
L’étage 12 est relié à la sortie de l’étage 11 par exemple par un bus courant continu (DC).
La structure utilisée pour la réalisation de cet étage 12 de régulation de tension est celle d’un pont complet à modulation de phase, également connu sous l’acronyme anglais FBPS pour Full Bridge Phase Shift.
Cette structure comprend un transformateur Tr comprenant un bobinage primaire et un bobinage secondaire. Le transformateur Tr est avantageusement de type planaire pour permettre un volume réduit.
Le bobinage primaire est raccordé à une structure 120 au primaire comprenant quatre commutateurs QA, QB, QC, et QD répartis deux à deux sur deux bras en parallèle de la tension d’entrée de l’étage, qui correspond à la tension de sortie redressée de l’étage 11. La structure 120 du primaire comprend en outre une ligne en parallèle des deux bras comprenant deux diodes Dp, et Dph passantes vers la borne positive de la tension d’entrée.
Une inductance Lshim est branchée d’une part entre les deux commutateurs QA et QB du premier bras et d’autre part entre les deux diodes Dp, et Dph.
Le bobinage du primaire est branché entre d’une part la sortie de l’inductance et d’autre part entre les deux commutateurs QC et QD du deuxième bras via un condensateur.
Les commutateurs sont commutés avec un rapport cyclique fixe de 50%, les commutateurs d’un même bras (c’est-à-dire QA et QB d’une part, et QC et QD d’autre part) étant en décalage de 180°. En fonction du décalage de phase entre les commutateurs du premier bras et les commutateurs du deuxième bras on peut faire varier la tension appliquée au primaire du transformateur.
Dans tous les cas, un cycle de fonctionnement du primaire comporte donc les quatre étapes suivantes :
- QA et QD sont fermés, la tension appliquée au primaire du transformateur est positive,
- QA et QC sont fermés, la tension appliquée au primaire du transformateur est nulle,
- QB et QC sont fermés, la tension appliquée au primaire du transformateur est négative,
- QC et QD sont fermés, la tension appliquée au primaire du transformateur est nulle.
Les commutateurs QA à QD sont avantageusement des transistors de type MOSFET, et sont réalisés par des composants en carbure de silicium SiC. Ceci permet de faire fonctionner cet étage 12 de régulation de tension à haute fréquence de commutation, typiquement à une fréquence de commutation supérieure à 300 kHz, par exemple égale à 350 kHz. Cette fréquence élevée permet là encore de réduire la taille des composants passifs et donc leur masse et leur encombrement.
De plus, la structure 120 au primaire du transformateur est commandée en commutation douce à zéro volt de tension (connue sous l’acronyme anglais ZVT pour Zéro Volt Transition) pour limiter les pertes de commutation. L’inductance LSHim est utilisée comme complément à l’inductance de fuite du transformateur pour garantir une commutation ZVT sur une large plage de puissance, en l’occurrence comprise de 20 à 100% de la puissance nominale. Enfin le condensateur Cb annule la composante parasite en courant continu générée par le pont de commutateurs.
Enfin, les diodes Dp, et Dph servent à renvoyer vers le bus DC de courtes surtensions intermédiaires entre l’inductance additionnelle LSHim et l’inductance de fuite du transformateur, ces surtensions ayant pour source la circulation de courant en provenance du secondaire du transformateur ainsi qu’à de courts instants les modifications du courant au primaire engendrées par les commutations dans les deux bras du pont.
L’étage 12 comprend en outre une structure 121 au secondaire du transformateur Tr. La structure 121 comprend deux diodes Ds1, Ds2 disposées en sens opposés en parallèle du secondaire du transformateur, une inductance Ls1, Ls2 branchée en série avec chaque borne du secondaire du transformateur, et un condensateur de sortie Cou, raccordé d’une part à une sortie commune aux deux inductances et d’autre part à un point de raccordement entre les deux diodes.
Compte tenu des forts courants manipulés au secondaire, les diodes Ds1 et Ds2 sont avantageusement connectées en parallèle à des transistors, par exemple de type MOSFET, commandés selon un redressement synchrone pour limiter les pertes.
Ceci est représenté sur la figure 7, qui représente une variante de réalisation de la structure 121.
Comme visible sur cette figure 7, le transformateur Tr est avantageusement séparé en deux parties identiques, c’est-à-dire deux bobinages primaires et deux bobinages secondaires, les bobinages primaires étant connectés en série et les bobinages secondaires étant indépendants, c’est-à-dire raccordés chacun à une structure 121 décrite ci-avant. Ceci permet de faciliter le fonctionnement à fort courant, en réduisant la dissipation d’énergie du noyau magnétique du transformateur et des bobinages.
Ainsi chaque structure 121 au secondaire du transformateur délivre une tension continue à un potentiel constant, par exemple de 30V, et à une intensité de courant égale à la moitié du courant total délivré par l’étage 12, par exemple 75A par structure 121 du secondaire, soit un courant total de 150 A.
Enfin, pour assurer le refroidissement des commutateurs des étages 11 et 12, le boitier TRU 1 comprend avantageusement un circuit de refroidissement desdits commutateurs 20 représenté schématiquement sur la figure 1, ce circuit pouvant comprendre par exemple une ventilation et un dissipateur thermique placés dans le flux d’air généré par ladite ventilation.
Le boitier TRU 1 proposé présente donc, grâce notamment à des commutateurs fonctionnant à des fréquences de commutation très élevées, et à des structures électriques permettant une réduction de taille des composants passifs, un encombrement et une masse faibles, tout en garantissant une bonne qualité de courant généré et une grande fiabilité de fonctionnement.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Unité (10) de transformation et de redressement de tension d’aéronef, présentant une entrée destinée à être alimentée par une tension d’entrée alternative triphasée et délivrant une tension de sortie continue constante, l’unité comprenant un étage (11) de redressement de la tension d’entrée et un étage (12) de régulation de la tension d’entrée redressée, caractérisée en ce que l’étage (11) de redressement de la tension d’entrée comprend, pour chaque phase de ladite tension, une structure en pont comprenant en parallèle :- un premier convertisseur de type boost pour redresser les tensions positives, et- un deuxième convertisseur de type boost, inversé par rapport au premier, pour redresser les tensions négatives, chaque convertisseur comprenant des commutateurs, et en ce que chaque commutateur des convertisseurs de type boost est un transistor en carbure de silicium.
- 2. Unité (10) de transformation et de redressement de tension d’aéronef selon la revendication 1, dans laquelle les commutateurs sont commandés pour commuter selon une fréquence de découpage supérieure à 300 kHz.
- 3. Unité (10) de transformation et de redressement de tension d’aéronef selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel pour chaque phase de la tension la structure en pont comprend :- une inductance,- trois branches en parallèle raccordées à un point neutre et comprenant respectivement :o une première diode orientée dans un premier sens en série avec un premier condensateur, o une deuxième diode orientée dans un sens opposé au premier sens en série avec un deuxième condensateur, et o deux commutateurs branchés de manières opposées.
- 4. Unité (10) de transformation et de redressement de tension d’aéronef selon la revendication 3, dans lequel les condensateurs sont communs pour les trois phases de la tension d’entrée, et les inductances sont distinctes, mais de valeur d’inductance égale, pour les trois phases de la tension d’entrée.
- 5. Unité (10) de transformation et de redressement de tension d’aéronef selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle l’étage de régulation (12) est une structure de conversion à pont complet à modulation de phase, ladite structure comprenant un transformateur (Tr), une structure reliée au primaire (120) du transformateur, et une structure reliée au secondaire (121) du transformateur, la structure reliée au primaire (120) comprenant un pont de transistors (QA, QB, QC, QD), dans laquelle les transistors (QA, QB, QC, QD) sont formés par des composants en carbure de silicium.
- 6. Unité (10) de transformation et de redressement de tension d’aéronef selon la revendication 5, dans laquelle les transistors (QA, QB, QC, QD) sont commandés pour commuter à une fréquence supérieure à 300 kHz.
- 7. Unité (10) de transformation et de redressement de tension d’aéronef selon l’une des revendications 5 ou 6, dans lequel le transformateur (Tr) est de type planaire.
- 8. Unité (10) de transformation et de redressement de tension d’aéronef selon l’une des revendications 1 à 7, chaque unité (10) de conversion étant adaptée pour fournir un courant de 100 A sous une tension continue de 30V en fonctionnement nominal.
- 9. Boitier (1) de transformation et de redressement de tension d’aéronef comprenant trois unités (10) selon l’une des revendications précédentes, chaque unité étant adaptée pour délivrer la moitié de la puissance nominale du boitier, le boitier (1) comprenant en outre des moyens d’isolement (FUS, D) en entrée et en sortie de chaque unité (10) adaptés pour isoler une unité défaillante.
- 10. Boitier (1) de transformation et de redressement de tension d’aéronef selon la revendication 9, comprenant en outre un circuit de refroidissement des commutateurs (20).
Priority Applications (1)
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| FR1751055A FR3062759B1 (fr) | 2017-02-08 | 2017-02-08 | Unite et boitier tru d'aeronef de masse reduite et fiabilite accrue |
Applications Claiming Priority (2)
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ID=59409394
Family Applications (1)
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2017
- 2017-02-08 FR FR1751055A patent/FR3062759B1/fr active Active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| FRIEDLI THOMAS ET AL: "The Essence of Three-Phase PFC Rectifier Systems-Par", IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS, USA, vol. 29, no. 2, 1 February 2014 (2014-02-01), pages 543 - 560, XP011524643, ISSN: 0885-8993, [retrieved on 20130820], DOI: 10.1109/TPEL.2013.2258472 * |
| VIEIRA JOSE LUIZ F ET AL: "Power converter topologies for a high performance transformer rectifier unit in aircraft applications", 2014 11TH IEEE/IAS INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUSTRY APPLICATIONS, IEEE, 7 December 2014 (2014-12-07), pages 1 - 8, XP032746721, DOI: 10.1109/INDUSCON.2014.7059403 * |
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