FR3064851A1 - Dispositif convertisseur de tension continu/continu - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif convertisseur de tension continu/continu (100) comprenant un circuit isolé (120) qui comporte des inductances (11, 21) couplées entre elles par un premier circuit magnétique (111) indépendant d'un deuxième circuit magnétique (112) qui couple des inductances (12, 22) entre elles, et dans lequel : - un premier côté de la barrière d'isolation électrique (122) comporte une branche électrique (A) comprenant une inductance (11) qui est couplée au premier circuit magnétique (111) et est en série électriquement avec une inductance (12) couplée au deuxième circuit magnétique (112) ; et ; - un deuxième côté de la barrière d'isolation électrique comporte une première inductance (21) couplée au premier circuit magnétique (111) et une deuxième inductance (22) couplée au deuxième circuit magnétique (112) ; le deuxième côté de la barrière d'isolation électrique comprenant en outre une troisième inductance (23) et une quatrième inductance (24), lesdites troisième et quatrième inductances du deuxième côté étant couplées par un circuit magnétique respectif (113, 114) à au moins une inductance (11', 12') respective située du premier côté de la barrière d'isolation.
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
064 851
52549
COURBEVOIE
©) Int Cl8 : H 02 M 3/24 (2017.01)
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION
A1
| ©) Date de dépôt : 28.03.17. | ©) Demandeur(s) : VALEO SIEMENS EAUTOMOTIVE |
| (30) Priorité : | FRANCE SAS Société par actions simplifiée — FR. |
| ©) Inventeur(s) : BENDANI LARBI, DE SOUSA LUIS et | |
| CHELGHOUM REDA. | |
| (43) Date de mise à la disposition du public de la | |
| demande : 05.10.18 Bulletin 18/40. | |
| ©) 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) : VALEO SIEMENS EAUTOMOTIVE |
| apparentés : | FRANCE SAS Société par actions simplifiée. |
| ©) Demande(s) d’extension : | ©) Mandataire(s) : ARGYMA. |
104/ DISPOSITIF CONVERTISSEUR DE TENSION CONTINU/CONTINU.
FR 3 064 851 - A1 (£/) L'invention concerne un dispositif convertisseur de tension continu/continu (100) comprenant un circuit isolé (120) qui comporte des inductances (11,21) couplées entre elles par un premier circuit magnétique (111) indépendant d'un deuxième circuit magnétique (112) qui couple des inductances (12, 22) entre elles, et dans lequel:
- un premier côté de la barrière d'isolation électrique (122) comporte une branche électrique (A) comprenant une inductance (11) qui est couplée au premier circuit magnétique (111) et est en série électriquement avec une inductance (12) couplée au deuxième circuit magnétique (112); et;
- un deuxième côté de la barrière d'isolation électrique comporte une première inductance (21) couplée au premier circuit magnétique (111) et une deuxième inductance (22) couplée au deuxième circuit magnétique (112);
le deuxième côté de la barrière d'isolation électrique comprenant en outre une troisième inductance (23) et une quatrième inductance (24), lesdites troisième et quatrième inductances du deuxième côté étant couplées par un circuit magnétique respectif (113, 114) à au moins une inductance (11', 12') respective située du premier côté de la barrière d'isolation.
100
i
DISPOSITIF CONVERTISSEUR DE TENSION CONTINU/CONTINU
La présente invention concerne un dispositif convertisseur de tension continu/continu, ainsi qu’un système électrique comprenant ledit dispositif convertisseur de tension. En particulier, le système électrique est configuré pour être embarqué dans un véhicule automobile. L’invention concerne en outre des procédés de commande du système électrique selon l’invention.
Dans le cadre de la présente demande, on entend par haute tension, une tension supérieure à 60V, par exemple de l’ordre de 100 V ou quelques centaines de volt ; on entend par basse tension, une tension inférieure à 60V, par exemple de l’ordre de 12V ou quelques dizaines de volt.
Les convertisseurs continu/continu (ou « DC/DC » pour « direct current/direct current » en anglais) comprenant une barrière d’isolation électrique sont généralement envisagés dans des applications automobiles pour adapter des niveaux de tension et assurer une isolation galvanique entre un réseau haute tension et un réseau basse tension du véhicule. On connaît un convertisseur DC/DC isolé du brevet US5754413. Le convertisseur comprend deux interrupteurs formant un bras et qui sont connectées au niveau du point milieu à une branche qui comprend deux transformateurs en série. Le convertisseur est agencé en demi-pont. Les interrupteurs contrôlent la transmission d’énergie à travers les transformateurs pour obtenir une conversion d’une tension d’entrée du convertisseur en une tension de sortie. Des diodes connectées aux secondaires des transformateurs permettent de redresser le signal de sortie. La tension de sortie est obtenue en contrôlant le rapport cyclique des interrupteurs. En modifiant le rapport cyclique pour atteindre une valeur cible de tension de sortie, on ajuste le gain du convertisseur pour atteindre la valeur cible de tension de sortie.
Un véhicule automobile peut en outre comprendre un chargeur embarqué qui permet la recharge de la batterie haute tension à partir d’un réseau électrique extérieur au véhicule. Afin de réduire la taille de l’électronique embarquée dans le véhicule et son coût, il est connu d’intégrer le convertisseur continu/continu et le chargeur dans un même boitier. Cependant, les fonctions de conversion de tension et de charge restent réalisées par deux circuits électriques différents. Or, mutualiser des fonctions du convertisseur de tension et du chargeur permettrait d’améliorer encore la taille de l’électronique embarquée.
Il est donc recherché une solution pour mutualiser des circuits électriques utilisés lors d’une conversion de tension et/ou d’une charge, notamment dans un véhicule automobile.
Afin de résoudre ce problème, l’invention concerne un dispositif convertisseur de tension continu/continu, notamment destiné à être embarqué dans un véhicule, comprenant :
- un circuit isolé qui comporte une barrière d’isolation électrique, et des inductances couplées entre elles par un premier circuit magnétique indépendant d’un deuxième circuit magnétique qui couple des inductances entre elles, et dans lequel :
- un premier côté de la barrière d’isolation électrique comporte : au moins une branche électrique (A, B) comprenant une inductance qui est couplée au premier circuit magnétique et est en série électriquement avec une inductance couplée au deuxième circuit magnétique ; et des interrupteurs, dits interrupteurs du premier côté, configurés pour connecter ladite branche électrique entre une première et une deuxième bornes du dispositif, lesdits interrupteurs comprenant des interrupteurs formant un premier bras, et lesdites première et deuxième bornes étant destinées à être reliées à un premier réseau électrique, notamment un premier réseau électrique du véhicule ;
- un deuxième côté de la barrière d’isolation électrique comporte : au moins une première inductance couplée au premier circuit magnétique et au moins une deuxième inductance couplée au deuxième circuit magnétique, un point de connexion entre la première et la deuxième inductance du deuxième côté de la barrière d’isolation formant une troisième borne du dispositif ; et des interrupteurs, dits interrupteurs du deuxième côté, configurés pour connecter les première et deuxième inductances du deuxième côté entre la troisième et une quatrième borne du dispositif, lesdites troisième et quatrième bornes étant destinées à être reliées à un deuxième réseau électrique, notamment un deuxième réseau électrique du véhicule ;
le deuxième côté de la barrière d’isolation électrique comprenant en outre une troisième inductance et une quatrième inductance, un point de connexion entre la troisième et la quatrième inductance du deuxième côté de la barrière d’isolation formant une cinquième borne du dispositif ; et des interrupteurs configurés pour connecter les troisième et quatrième inductances du deuxième côté entre la cinquième et une sixième borne du dispositif, lesdites cinquième et sixième bornes étant destinées à être reliées à un troisième réseau électrique, notamment un réseau électrique extérieur au véhicule, lesdites troisième et quatrième inductances du deuxième côté étant couplées par un circuit magnétique respectif à au moins une inductance respective située du premier côté de la barrière d’isolation et liée électriquement avec lesdits interrupteurs du premier côté.
Par rapport à l’art antérieur, le dispositif convertisseur de tension continu/continu selon l’invention comprend la troisième et la quatrième inductances qui permettent de rajouter une entrée isolée sur le dispositif, par laquelle un troisième réseau électrique peut être connecté. Ainsi, le dispositif selon l’invention peut réaliser une conversion de tension entre le premier réseau électrique et le deuxième réseau électrique grâce à la branche électrique et aux première et deuxième inductances du deuxième côté. Mais en outre, le dispositif selon l’invention peut réaliser une conversion de tension entre le premier réseau électrique et le troisième réseau électrique grâce aux troisième et quatrième inductances du deuxième côté et aux inductances du premier côté auxquelles sont couplées les troisième et quatrième inductance du deuxième côté. Ainsi, le dispositif convertisseur de tension permet de convertir une tension entre un premier réseau électrique du véhicule, notamment un réseau haute tension, connecté entre sa première et sa deuxième borne et un deuxième réseau du véhicule, notamment un réseau basse tension, connecté entre sa troisième et sa quatrième borne. En outre, le dispositif convertisseur de tension permet de convertir une tension entre d’une part un réseau électrique extérieur au véhicule connecté entre les cinquième et sixième bornes et d’autre part le premier et/ou le deuxième réseau électrique.
Notamment, lesdites première et deuxième bornes du dispositif sont destinées à être reliées au premier réseau électrique via un circuit de régulation qui va adapter la tension délivrée par le premier réseau électrique de sorte que les interrupteurs du premier côté fonctionnent avec un rapport cyclique constant.
Selon un mode de réalisation, le premier côté de la barrière d’isolation électrique comprend en outre :
- au moins une inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté par un troisième circuit magnétique ;
- au moins une inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté par un quatrième circuit magnétique, lesdits troisième et quatrième circuits magnétiques étant indépendants entre eux ;
ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté étant en série électriquement, et étant liées électriquement avec lesdits interrupteurs du premier côté.
Selon une variante, ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté sont situées dans ladite branche électrique.
Selon une variante, ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté sont situées dans une autre branche électrique connectée en parallèle de ladite branche électrique.
Selon un mode de réalisation, le dispositif convertisseur de tension comprend un interrupteur, dit interrupteur de neutralisation, configuré pour sélectivement neutraliser ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté.
Selon une variante, ledit interrupteur de neutralisation est configuré pour sélectivement mettre en court-circuit ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté.
Selon une variante, l’interrupteur de neutralisation est compris dans la branche électrique comprenant ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté, ledit interrupteur de neutralisation étant configuré pour ouvrir sélectivement cette branche.
Selon un mode de réalisation, le circuit isolé comprend au premier côté de la barrière d’isolation électrique :
- une première branche électrique comprenant une première inductance qui est couplée au premier circuit magnétique et est en série électriquement avec une deuxième inductance couplée au deuxième circuit magnétique ;
-une deuxième branche électrique comprenant une troisième inductance qui est couplée au premier circuit magnétique et est en série électriquement avec une quatrième inductance couplée au deuxième circuit magnétique, lesdits interrupteurs du premier côté, étant configurés pour connecter lesdites première et deuxième branches électriques entre la première et la deuxième borne du dispositif, et, le circuit isolé étant tel que :
- les interrupteurs du premier côté comportent un premier interrupteur et un deuxième interrupteur formant ledit premier bras avec une première capacité connectée entre les deux interrupteurs ;
- ladite deuxième branche électrique est connectée entre une première borne extrémale du bras et le point de connexion, dit deuxième point de connexion, entre le deuxième interrupteur du bras et la première capacité, la première borne extrémale du bras correspondant à la borne du premier interrupteur qui n’est pas connectée à la première capacité ; et
- ladite première branche électrique est connectée entre une deuxième borne extrémale du premier bras et le point de connexion, dit premier point de connexion, entre le premier commutateur et la première capacité, la deuxième borne extrémale du premier bras correspondant à la borne du deuxième interrupteur qui n’est pas connectée à la première capacité.
Selon une variante, le circuit isolé comprend au premier côté de la barrière d’isolation électrique :
- une cinquième inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté par le troisième circuit magnétique, et une sixième inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté par le quatrième circuit magnétique, lesdites cinquième et sixième inductances étant en série électriquement, et étant liées électriquement avec lesdits interrupteurs du premier côté ;
- une septième inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté par le troisième circuit magnétique, et une huitième inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté par le quatrième circuit magnétique, lesdites septième et huitième inductances étant en série électriquement, et étant liées électriquement avec lesdits interrupteurs du premier côté ;
lesdites cinquième et sixième inductances étant connectées à la première branche électrique et lesdites septième et huitième inductances étant connectées à la deuxième branche électrique.
Selon une variante, les cinquième et sixième inductances sont situées dans la première branche électrique en série avec les première et deuxième inductances ; et les septième et huitième inductances sont situées dans la deuxième branche électrique en série avec les troisième et quatrième inductances.
Selon une variante, les cinquième et sixième inductances sont situées dans une branche électrique parallèle à la première branche électrique ; et les septième et huitième inductances sont situées dans une branche électrique parallèle à la deuxième branche électrique.
L’invention concerne en outre un système électrique, notamment configuré pour être embarqué dans un véhicule automobile, comprenant :
- un dispositif convertisseur de tension selon l’invention ;
- une première source d’énergie rechargeable, notamment une batterie haute tension, connectée entre la première et la deuxième borne dudit dispositif convertisseur de tension ;
- une deuxième source d’énergie rechargeable, notamment une batterie basse tension, connectée entre les troisièmes et quatrièmes bornes dudit dispositif convertisseur de tension.
L’invention concerne aussi un procédé de commande d’un système électrique selon l’invention, comprenant les étapes consistant à :
- connecter une source d’énergie électrique extérieure audit système électrique entre les cinquième et sixième bornes du dispositif convertisseur de tension ;
- commander les interrupteurs du premier côté, les interrupteurs du deuxième côté et les interrupteurs configurés pour connecter les troisième et quatrième inductances du deuxième côté entre la cinquième et la sixième borne du dispositif, de sorte qu’une énergie électrique circule entre d’une part la source d’énergie électrique extérieure et d’autre part la première source d’énergie rechargeable et/ou la deuxième source d’énergie rechargeable.
Selon un mode de réalisation, ledit procédé comprend l’étape consistant à mettre ledit interrupteur de neutralisation dans un état permettant le fonctionnement de ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et de ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté.
Selon un mode de réalisation, ledit procédé comprend les étapes consistant à :
- mettre ledit interrupteur de neutralisation dans un état neutralisant ladite inductance couplée à la troisième inductance du deuxième côté et ladite inductance couplée à la quatrième inductance du deuxième côté ;
- commander les interrupteurs du premier côté et les interrupteurs du deuxième côté de sorte qu’une énergie électrique circule entre la première source d’énergie rechargeable et la deuxième source d’énergie rechargeable, notamment depuis la première source d’énergie rechargeable vers la deuxième source d’énergie rechargeable.
L’invention sera mieux comprise en faisant référence aux dessins, dans lesquels :
- la figure 1 représente un exemple de dispositif selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 2 illustre des exemples de fonctionnement du dispositif selon l’invention ;
- les figures 3 à 5 illustrent des variantes de l’exemple illustré en figure 1 ;
- la figure 6 illustre un exemple de dispositif selon un mode de réalisation de l’invention ;
- les figures 7 et 8 illustrent des variantes de l’exemple illustré en figure 6 ;
- les figures 9 et 10 illustrent des exemples de procédé de commande du dispositif selon l’invention.
La figure 1 illustre un premier exemple de dispositif convertisseur de tension continu/continu 100 selon un mode de réalisation.
Le dispositif convertisseur continu/continu 100 comprend un circuit isolé 120 qui comporte une barrière d’isolation électrique 122. Un premier circuit magnétique 111 et un deuxième circuit magnétique 112 couplent entre elles des inductances respectives. Ces deux circuits magnétiques 111, 112 sont indépendants entre eux. Ainsi, le premier circuit magnétique 111 couple entre elles des inductances 11, 21 et le deuxième circuit 112 magnétique couple entre elles d’autres inductances 12, 22.
Un premier côté de la barrière d’isolation électrique 122 comporte une branche électrique A qui comprend une inductance 11 couplée au premier circuit magnétique et une inductance 12 couplée au deuxième circuit magnétique. Les inductances 11, 12 sont connectées en série électriquement. En particulier, ces inductances 11, 12 ont une borne commune. Le premier côté de la barrière d’isolation électrique 122 comporte en outre des interrupteurs Ml 1, M12, dits interrupteurs du premier côté. Ces interrupteurs Ml 1, M12 du premier côté sont configurés pour connecter la branche électrique A entre une première borne 131 et une deuxième borne 132 du dispositif, directement, ou indirectement par l’intermédiaire notamment d’un circuit de régulation 121 décrit plus loin. En particulier, deux interrupteurs Mil, M12 du premier côté forment un premier bras 1. Notamment, la branche électrique A est connectée sur le premier bras 1 en un point intermédiaire entre les interrupteurs Mil, M12 du premier bras 1. La branche électrique A peut comprendre une capacité électrique 147 qui permet d’obtenir un courant moyen nul dans le circuit isolé 120, notamment dans la branche électrique A.
Un deuxième côté de la barrière d’isolation électrique 122 comporte une première inductance 21 couplée au premier circuit magnétique 111 et une deuxième inductance 22 couplée au deuxième circuit magnétique 112. Les inductances 21, 22 sont telles qu’un point de connexion entre la première 21 et la deuxième 22 inductance du deuxième côté de la barrière d’isolation 122 forme une troisième borne 133 du dispositif 100. Le deuxième côté comprend en outre des interrupteurs Ql, Q2, dits interrupteurs du deuxième côté. Ces interrupteurs Ql, Q2 du deuxième côté sont configurés pour connecter la première inductance 21 du deuxième côté et la deuxième inductance 22 du deuxième côté entre la troisième 133 et une quatrième borne 134 du dispositif 100.
Le deuxième côté de la barrière d’isolation électrique comprend en outre une troisième inductance 23 et une quatrième inductance 24. La troisième inductance 23 et la quatrième inductance 24 sont telles qu’un point de connexion entre la troisième 23 et la quatrième 24 inductance du deuxième côté de la barrière d’isolation 122 forme une cinquième borne 135 du dispositif 100. Le deuxième côté comprend en outre des interrupteurs Q3, Q4. Ces interrupteurs Q3, Q4 sont configurés pour connecter la troisième inductance 23 du deuxième côté et la quatrième inductance 24 du deuxième côté entre la cinquième 135 et une sixième borne 136 du dispositif 100. En particulier, les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté sont isolées électriquement des première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté.
La troisième inductance 23 du deuxième côté est couplée par un circuit magnétique 113 à une inductance 11’ du premier côté liée électriquement avec les interrupteurs du premier côté ; et la quatrième inductance 24 du deuxième côté est couplée par un circuit magnétique 114 à une inductance 12’ du premier côté liée électriquement avec les interrupteurs du premier côté. Ainsi, un échange d’énergie magnétique peut avoir lieu entre les troisième 23 et quatrième 24 inductances d’une part et la branche électrique A d’autre part.
Lors du fonctionnement du dispositif convertisseur de tension 100, les première 131 et deuxième 132 bornes du dispositif 100 peuvent être connectées à un premier réseau électrique ; les troisième 133 et quatrième 134 bornes peuvent être connectées à un deuxième réseau électrique ;
et/ou les cinquième 135 et sixième 136 bornes peuvent être connectées à un troisième réseau électrique.
Les première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté, les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté, et les inductances il, 12, il’, 12’ du premier côté échangent, directement ou indirectement, une énergie magnétique entre elles en fonction des états ouvert/fermé des interrupteurs Mil, M12 du premier côté, et des interrupteurs Ql, Q2, Q3, Q4 du deuxième côté lors d’une conversion entre deux tensions prises entre la première 131 et la deuxième 132 borne ou entre la troisième 133 et la quatrième 134 borne, ou entre la cinquième 135 et la sixième 136 borne.
L’inductance 11 du premier côté couplée avec la première inductance 21 du deuxième côté, et l’inductance 12 du premier côté couplée avec la deuxième inductance 22 du deuxième côté permettent un fonctionnement en un premier convertisseur de tension continu/continu I entre le premier réseau et le deuxième réseau en fonction des états ouverts fermés des interrupteurs Mil, M12 du premier côté et des interrupteurs Ql, Q2 du deuxième côté. Lors du fonctionnement du premier convertisseur I, le troisième réseau électrique peut être déconnecté des cinquième 135 et sixième 136 bornes du dispositif 100, par exemple en ouvrant un interrupteur situé entre la cinquième 135 ou la sixième 136 borne et le troisième réseau électrique. Ainsi, il n’y a pas de perte d’énergie par les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté.
L’inductance 11’ du premier côté couplée avec la troisième inductance 23 du deuxième côté, et l’inductance 12’ du premier côté couplée avec la quatrième inductance 24 du deuxième côté permettent un fonctionnement en un deuxième convertisseur de tension continu/continu II entre le premier réseau et le troisième réseau en fonction des états ouverts fermés des interrupteurs Mil, M12 du premier côté et des interrupteurs Q3, Q4 liés aux troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté. Lors du fonctionnement du deuxième convertisseur II, le deuxième réseau électrique peut être déconnecté des troisième 133 et quatrième 134 bornes du dispositif 100, par exemple en ouvrant un interrupteur situé entre la troisième 133 ou la quatrième 134 borne et le deuxième réseau électrique. Ainsi, il n’y a pas de perte d’énergie par les première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté.
En outre, par l’intermédiaire, d’une part, du couplage magnétique entre les inductances il, 12 du premier côté, et la première 21 et la deuxième 22 inductance du deuxième côté et d’autre part du couplage magnétique entre les inductances 11’, 12’ du premier côté, et la troisième 23 et la quatrième 24 inductances du deuxième côté, le dispositif 100 permet un fonctionnement en un troisième convertisseur de tension continu/continu ΠΙ entre le deuxième réseau et le troisième réseau. L’échange d’énergie entre le deuxième et le troisième réseaux est fonction des états ouverts fermés des interrupteurs Mil, M12 du premier côté, des interrupteurs Ql, Q2 liés aux première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté, et des interrupteurs Q3, Q4 liés aux troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté. Le dispositif convertisseur de tension peut donc comprendre trois convertisseurs de tension. En particulier, dans un mode de fonctionnement, le dispositif 100 combine un fonctionnement selon le deuxième convertisseur de tension II et le troisième convertisseur de tension III. Le troisième convertisseur III fonctionne notamment en même temps que le deuxième convertisseur II. En particulier, les états ouverts fermés des interrupteurs Mil, M12 du premier côté, des interrupteurs Ql, Q2 liés aux première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté, et des interrupteurs Q3, Q4 liés aux troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté sont déterminés de manière à obtenir un rendement et/ou un gain donné dans l’échange d’énergie entre le premier et le troisième réseau. La conversion entre le premier réseau et le troisième réseau électrique est contrôlée par les interrupteurs ; l’énergie échangée avec le deuxième réseau dépend de la tension sur le deuxième réseau électrique et ne fait pas l’objet d’un contrôle particulier.
Notamment, dans le premier convertisseur de tension I, l’inductance 11 du premier côté et la première inductance 21 du deuxième côté couplée par le premier circuit magnétique 111, et l’inductance 12 du premier côté et la deuxième inductance 22 couplées par le deuxième circuit magnétique 112 forment un composant magnétique. Le premier côté forme un circuit primaire du composant magnétique et le deuxième côté forme un circuit secondaire du composant magnétique. Les première 11 et deuxième 12 inductances du premier côté forment respectivement une première et une deuxième partie du circuit primaire. Les première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté forment respectivement une première et une deuxième partie du circuit secondaire. Le composant magnétique est configuré pour, lors de la conversion d’une tension d’entrée du premier convertisseur I en une tension de sortie, fonctionner comme un transformateur du circuit primaire vers le circuit secondaire et comme une impédance qui stocke de l'énergie au niveau du circuit primaire.
En particulier, le composant magnétique fonctionne comme un transformateur du circuit primaire vers le circuit secondaire et comme une impédance qui stocke de l'énergie au niveau du circuit primaire sur une même période de fonctionnement du convertisseur. En particulier, le premier bras 1 est commandé en modulation par largeur d’impulsion (« puise width modulation » en anglais) et, sur une même période de modulation, le composant magnétique fonctionne comme un transformateur du circuit primaire vers le circuit secondaire et comme une impédance qui stocke de l'énergie au niveau du circuit primaire. Ainsi, sur une première partie d’une période de fonctionnement du premier convertisseur I, la première partie 11 du circuit primaire transfère une énergie vers la première partie 21 du circuit secondaire et la deuxième partie 12 du circuit primaire réalise une inductance stockant de l’énergie. Sur une deuxième partie de la période de fonctionnement, la deuxième partie 12 du circuit primaire transfère une énergie vers la deuxième partie 22 du circuit secondaire, et la première partie 11 du circuit primaire réalise une inductance stockant de l’énergie. Notamment, la première partie de période de fonctionnement correspond à une première partie de la période de modulation ; et la deuxième partie de la période de fonctionnement correspond à une deuxième partie de la période de modulation. Ces première et deuxième parties sont notamment déterminées par le rapport cyclique du premier bras 1.
Le deuxième convertisseur de tension II a un fonctionnement similaire au premier convertisseur de tension I avec l’inductance 11’ du premier côté formant la première partie du circuit primaire, et l’inductance 12’ du premier côté formant la deuxième partie du circuit primaire. La troisième inductance 23 du deuxième côté forme la première partie du circuit secondaire, et la quatrième inductance 24 du deuxième côté forme la deuxième partie du circuit secondaire. Le circuit isolé 120 étant réversible, l’échange d’énergie peut se faire du primaire vers les secondaires ; ou des secondaires vers le primaire.
Notamment, le dispositif convertisseur de tension 100 peut être embarqué dans un véhicule. Le premier réseau peut être un premier réseau électrique du véhicule. Le deuxième réseau peut être un deuxième réseau électrique du véhicule. Par exemple, le premier réseau électrique peut avoir une tension nominale supérieure à celle du deuxième réseau électrique. En particulier, le premier réseau peut être un réseau haute tension, qui peut comprendre entre autres une source d’énergie rechargeable 140, telle qu’une batterie du véhicule, ou d’autres consommateurs haute tension du véhicule. En particulier, le deuxième réseau électrique peut être un réseau basse tension, qui peut comprendre entre autres une source d’énergie rechargeable 142, et d’autres consommateurs électriques basse tension. Le troisième réseau peut être un réseau électrique extérieur au véhicule. Par exemple, le troisième réseau peut être un réseau électrique d’un autre véhicule, ou un réseau de distribution électrique résidentiel, ou une borne de recharge. Les réseaux électriques peuvent comprendre des masses respectives GND1, GND2, GND3.
Ainsi, comme illustré par exemple en figure 2, le dispositif 100 permet de réaliser dans un même circuit électrique un premier convertisseur continu/continu I entre un réseau haute tension et un réseau basse tension du véhicule ; et permet en outre de réaliser un deuxième convertisseur continu/continu II compris dans un chargeur embarqué IV dans le véhicule. Le deuxième convertisseur continu/continu II peut être associé avec un correcteur de facteur de puissance (ou PFC pour « power factor corrector » en anglais) 144 pour mettre en phase un courant et une tension échangée avec le troisième réseau électrique et un redresseur 146 pour faire une conversion entre une tension alternative du troisième réseau électrique et la tension continue aux bornes du deuxième convertisseur de tension II. Le PFC 144 et le redresseur 146 peuvent être réalisés dans un même circuit, qui se connecte à la cinquième 135 et la sixième borne 136 du dispositif 100.
Les interrupteurs Ql, Q2, Q3, Q4 du dispositif 100 permettent notamment un fonctionnement réversible du dispositif convertisseur de tension 100, c’est-à-dire un échange d’énergie dans les deux sens à travers la barrière d’isolation électrique 122. En particulier, l’énergie magnétique peut circuler entre d’une part les inductances 11, 12 du premier côté et d’autre part la première 21 et la deuxième 22 inductances du deuxième côté et/ou l’énergie peut circuler entre d’une part les inductances 11’, 12’ du premier côté et d’autre part la troisième 23 et la quatrième 24 inductances du deuxième côté.
Un premier interrupteur Ql peut être connecté entre une borne de la première inductance 21 du deuxième côté et la quatrième borne 134 du dispositif 100. Un deuxième interrupteur Q2 peut être connecté entre une borne de la deuxième inductance 22 du deuxième côté et la quatrième borne 134. Notamment, les interrupteurs Ql, Q2 configurés pour connecter les première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté entre une troisième 133 et une quatrième 134 borne du dispositif 100 réalisent une conversion alternative/continue entre les bornes des inductances 21, 22 et les troisième 133 et quatrième 134 bornes du dispositif 100. En particulier, la première inductance 21 et la deuxième inductance 22 du deuxième côté de la barrière d’isolation électrique 122 peuvent avoir une borne électrique commune formant la troisième borne 133 du dispositif 100, par exemple comme illustré en figure 1. Cependant, un interrupteur pourrait être situé entre une borne de la première inductance 21 du deuxième côté et la troisième borne 133 du dispositif 100 ; et un autre interrupteur pourrait être situé entre une borne de la deuxième inductance 22 du deuxième côté et la troisième borne 133 du dispositif 100.
Un troisième interrupteur Q3 peut être connecté entre une borne de la troisième inductance 23 du deuxième côté et la sixième borne 136 du dispositif 100. Un quatrième interrupteur Q4 peut être connecté entre une borne de la quatrième inductance 24 du deuxième côté et la sixième borne 136. Notamment, les interrupteurs Q3, Q4 configurés pour connecter les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté entre une cinquième 135 et une sixième 136 borne du dispositif 100 réalisent une conversion alternative/continue entre les bornes des inductances 23, 24 et les cinquième 135 et sixième 136 bornes du dispositif 100. En particulier, la troisième inductance 23 et la quatrième inductance 24 du deuxième côté de la barrière d’isolation électrique 122 peuvent avoir une borne électrique commune formant la cinquième borne 135 du dispositif 100, par exemple comme illustré en figure 1. Cependant, un interrupteur pourrait être situé entre une borne de la troisième inductance 23 du deuxième côté et la cinquième borne 135 du dispositif 100 ; et un autre interrupteur pourrait être situé entre une borne de la quatrième inductance 24 du deuxième côté et la cinquième borne 135 du dispositif 100.
Dans l’exemple illustré en figure 1, la troisième inductance 23 du deuxième côté est couplée avec une inductance 11’ qui est différente de l’inductance 11 du premier côté couplée au premier circuit magnétique 111. L’inductance 11’ est liée électriquement avec les interrupteurs Mil, M12 du premier côté ; et est couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté par un troisième circuit magnétique 113. La quatrième inductance 24 du deuxième côté est couplée avec une inductance 12’ qui est différente de l’inductance 12 du premier côté couplée au deuxième circuit magnétique 112, et qui est en série électriquement avec l’inductance 11’ couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté. Notamment, une borne de l’inductance 12’ du premier côté couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté est connectée à une borne de l’inductance 11’ du premier côté couplée au troisième circuit magnétique 113. L’inductance 12’ est liée électriquement avec les interrupteurs Mil, M12 du premier côté ; et est couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté par un quatrième circuit magnétique 114 qui est indépendant du troisième circuit magnétique 113.
Ainsi, les première 21 et deuxième 22 inductances du deuxième côté d’une part et les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté d’autre part n’échangent pas directement de l’énergie magnétique entre elles. Notamment, les troisième 113 et quatrième 114 circuits magnétiques sont indépendants des premier 111 et deuxième 112 circuits magnétiques. Une énergie magnétique peut circuler entre les première 21 ou deuxième 22 inductances du deuxième côté d’une part et les troisième 23 ou quatrième 24 inductances du deuxième côté d’autre part par l’intermédiaire d’une transformation en énergie électrique dans les inductances 11, 12, 11’, 12’ du premier côté.
En particulier, dans une première variante, l’inductance 11’ du premier côté couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et l’inductance 12’ du premier côté couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté sont situées dans la branche électrique A, par exemple comme illustré en figure 1. Notamment, les premières 11, deuxième 12, troisième 11’ et quatrième 12’ inductances du premier côté peuvent être situées dans cet ordre le long de la première branche électrique A. Cependant, dans une deuxième variante, par exemple illustrée en figure 3, l’inductance 11’ du premier côté couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté, et l’inductance 12’ du premier côté couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté sont situées dans une deuxième branche électrique A’ connectée en parallèle de la première branche électrique A. La première variante permet un meilleur contrôle de l’énergie échangée avec le deuxième réseau électrique par l’intermédiaire des première 21 et deuxième 22 inductances, car dans la deuxième variante la répartition du courant entre la première branche A et la deuxième branche A’ est subie et n’est pas contrôlable.
Le dispositif 100 peut comprendre un interrupteur 148 configuré pour sélectivement neutraliser l’inductance 11’ du premier côté couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et l’inductance 12’ du premier côté couplée à la quatrième inductance 24. Notamment, l’interrupteur 148 de neutralisation peut prendre un état ouvert ou fermé. L’interrupteur 148 de neutralisation est configuré pour, dans l’un desdits états, empêcher que l’inductance 11’ du premier côté couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et l’inductance 12’ du premier côté couplée à la quatrième inductance 24 participent au fonctionnement du dispositif 100 ; et dans l’autre état, permettre que lesdites inductances 11’, 12’ participent au fonctionnement du dispositif 100. L’interrupteur 148 de neutralisation permet de mettre en œuvre uniquement le premier convertisseur I entre le premier et le deuxième réseau lorsque cela s’avère nécessaire. Par exemple, lorsque l’on souhaite réaliser un échange d’énergie entre le premier et le deuxième réseau en minimisant les pertes.
En particulier, dans la première variante illustrée en figure 1, l'interrupteur 148 de neutralisation peut être en parallèle des inductances 11’, 12’ en série. Lorsque l'interrupteur 148 de neutralisation est fermé, il met en court-circuit l’inductance 11’ couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et l’inductance 12’ couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté. Dans la deuxième variante illustrée en figure 3, l’interrupteur 148 de neutralisation peut être en série avec les inductances 11’, 12’. Lorsque l'interrupteur 148 de neutralisation est ouvert, il déconnecte la branche ίο électrique A’ contenant l’inductance 11’ couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et l’inductance 12’ couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté.
Par exemple, une source d’énergie électrique extérieure audit dispositif 100 peut-être connectée entre les cinquième 135 et sixième 136 bornes du dispositif convertisseur de tension, par exemple par l’intermédiaire d’un redresseur 146 et d’un PFC 144 comme illustré en figure 2. Le dispositif convertisseur de tension 100 peut alors être commandé comme illustré en figure 9. Dans une étape 200, l’interrupteur 148 de neutralisation est mis dans un état permettant le fonctionnement de l’inductance 11’ couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et de ladite inductance 12’ couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté. Ensuite, dans une étape 202, on commande d’une part les interrupteurs Mil, M12 du premier côté, d’autre part les interrupteurs Ql, Q2 du deuxième côté et/ou les interrupteurs Q3, Q4 configurés pour connecter les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté entre la cinquième et la sixième borne du dispositif, de sorte qu’une énergie électrique circule entre d’une part la source d’énergie électrique extérieure et d’autre part la première source d’énergie rechargeable 140 et/ou la deuxième source d’énergie rechargeable 142. Ainsi, l’une ou l’autre des sources d’énergie rechargeable 140,142 peuvent être chargées en même temps ou l’une à la fois.
Le dispositif convertisseur de tension 100 peut être commandé comme illustré en figure 10. Dans une étape 204, l’interrupteur 148 de neutralisation est mis dans un état neutralisant l’inductance 11’ couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté et l’inductance 12’ couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté. Ainsi, la troisième inductance 23 et la quatrième inductance 24 du deuxième côté ne contribuent pas au fonctionnement du dispositif 100. Ensuite, dans une étape 206, les interrupteurs Mil, M12 du premier côté et les interrupteurs Ql, Q2 du deuxième côté sont commandés de sorte qu’une énergie électrique circule entre la première source d’énergie rechargeable 140 et la deuxième source d’énergie rechargeable 142. En particulier, de sorte qu’une énergie électrique circule depuis la première source d’énergie rechargeable 140 vers la deuxième source d’énergie rechargeable 12. Notamment, le dispositif 100 peut être dans une situation dans laquelle aucune énergie électrique ne circule dans les troisième 23 et quatrième 24 inductances du deuxième côté. C’est par exemple le cas lorsqu’aucune source d’énergie électrique n’est connectée entre la cinquième 135 et la sixième 136 borne du dispositif 100.
Le rapport de transformation NI de la première inductance 11 du premier côté vers la première inductance 21 du deuxième côté est par exemple égal au rapport de transformation N2 de la deuxième inductance 12 du premier côté vers la deuxième inductance 22 du deuxième côté. Cependant, ces deux rapports de transformations Ni, N2 pourraient être de valeurs différentes. Dans ce qui suit, ces deux rapports de transformation sont égaux à une première valeur N. Le cas où les rapports de transformation sont différents peut se déduire de ce cas. Le rapport de transformation N3 de l’inductance 11’ du premier côté vers la troisième inductance 23 du deuxième côté est par exemple égal au rapport de transformation N4 de l’inductance 12’ du premier côté vers la quatrième inductance 24 du deuxième côté. Cependant, ces deux rapports de transformations N3, N4 pourraient être de valeurs différentes. Dans ce qui suit, ces deux rapports de transformation N3, N4 sont égaux à une deuxième valeur N’. Le cas où les rapports de transformation sont différents peut se déduire de ce cas.
Les première N et deuxième N’ valeurs de rapport de transformation peuvent être différentes. La différence entre les première N et deuxième N’ valeurs de rapport de transformation permet d’adapter les puissances souhaitées sur les réseaux électriques,
Le dispositif de conversion 100 peut comprendre un circuit de régulation 121 connecté entre les interrupteurs Mil, M12 du premier bras 1 du premier côté et les première 131 et deuxième 132 bornes. Le circuit de régulation 121 est configuré pour réguler un paramètre U, I aux bornes des interrupteurs Mil, M12 du premier bras 1 avec un rapport cyclique des interrupteurs Mil, M12 qui reste sensiblement constant. Notamment, une capacité 149 peut être connectée entre une première borne extrémale du premier bras 1 et une deuxième borne extrémale du premier bras 1 de manière à maintenir une tension constante aux bornes du premier bras 1.
Le circuit de régulation 121 est par exemple configuré pour réguler une tension U aux bornes des interrupteurs Mil, M12 du premier bras 1, le rapport cyclique des interrupteurs Mil, M12 du premier côté restant sensiblement constant. Le circuit de régulation 121 peut alors être connecté aux bornes extrémales du premier bras 1, par exemple comme illustré en figure 1. Le circuit de régulation 121 peut être un circuit convertisseur élévateur, abaisseur, élévateur/abaisseur, ou un autre type de circuit convertisseur.
L’exemple illustré en figure 1 pourrait être différent, par exemple comme illustré en figures 4 ou 5. Le circuit de régulation 121 peut être configuré pour réguler un courant I délivré au premier bras 1 du premier côté, le rapport cyclique des interrupteurs Mil, M12 du premier bras 1 restant sensiblement constant. Le circuit de régulation 121 peut alors être connecté au premier bras 1 comme représenté en figure 4, c’est-à-dire entre une borne extrémale du premier bras 1 et le point milieu du premier bras 1. Le circuit de régulation 121 peut être comme illustré en figure 5. Ce circuit de régulation 121 comprend un deuxième bras 2 relié à la première 131 et à la deuxième 132 borne. Le deuxième bras 2 comporte un premier interrupteur M21 et un deuxième élément électronique M22. Le deuxième élément électronique peut être un deuxième interrupteur M22 ou une diode. Une inductance Ll est connectée entre des points milieux du premier 1 et du deuxième 2 bras.
Les figures 6 et 7 illustrent des exemples de dispositif 100 respectivement similaires à ceux illustrés en figure 1, 3 si ce n’est le circuit isolé 120.
Dans le mode de réalisation illustré en figures 6 et 7, au premier côté de la barrière d’isolation électrique 122, une deuxième branche électrique B comprend une troisième inductance 13 couplée au premier circuit magnétique 111 et une quatrième inductance 14 qui est en série électriquement avec la troisième inductance 13 et couplée au deuxième circuit magnétique 112. Les interrupteurs Mil, M12 du premier côté sont configurés pour connecter les première A et deuxième B branches électriques entre la première 131 et la deuxième 132 borne du dispositif 100. Une capacité 150 est située dans le premier bras 1 entre les deux interrupteurs Mil, M12 du premiers bras 1. La capacité 150 est connectée entre les deux interrupteurs Mil, M12. Notamment, la capacité 150 peut avoir une première borne connectée au premier interrupteur Ml 1 au niveau d’un point de connexion PI, et une deuxième borne connectée au deuxième interrupteur M12 au niveau d’un deuxième point de connexion P2. Notamment, la première capacité 150 peut être connectée au premier interrupteur Mil au niveau de l’électrode de source du premier interrupteur Mil, et elle peut être connectée au deuxième interrupteur M12 au niveau de l’électrode de drain du deuxième interrupteur M12. La deuxième branche électrique B est connectée entre une première borne extrémale la du bras 1 et le deuxième point de connexion P2. La première borne extrémale la du bras 1 correspond à la borne du premier interrupteur Mil qui n’est pas connectée à la première capacité 150. La première branche électrique A est connectée entre une deuxième borne extrémale lb du premier bras 1 et le premier point de connexion PI. La deuxième borne extrémale lb du bras 1 correspond notamment à la borne du deuxième interrupteur M12 qui n’est pas connectée à la première capacité 150.
De manière similaire aux exemples illustrés en figure 1, 3, les dispositifs 100 illustrés en figures 6, 7, comprennent une troisième 23 et une quatrième 24 inductance au deuxième côté de la barrière d’isolation électrique 122. Dans ces variantes, le dispositif 100 comprend des inductances supplémentaires 11’, 12’, 13’, 14’ de manière similaire respectivement aux exemples illustrés en figures 1 et 3. Le circuit isolé 120 comprend au premier côté de la barrière d’isolation électrique 122, une cinquième inductance 11’ couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté par un troisième circuit magnétique 113 ; et une sixième inductance 12’ couplée à la quatrième inductance du deuxième côté par un quatrième circuit magnétique 114. Les cinquième 11’ et sixième 12’ inductances sont en série électriquement et sont liées électriquement avec les interrupteurs Mil, Ml2 du premier côté. Les cinquième ll’et sixième 12’ inductances sont connectées à la première branche électrique A. Le circuit isolé 120 comprend aussi une septième inductance 13’ couplée à la troisième inductance 23 du deuxième côté par le troisième circuit magnétique 113 ; et une huitième inductance 14’ couplée à la quatrième inductance 24 du deuxième côté par le quatrième circuit magnétique 114. Les septième 13’ et huitième 14’ inductances sont en série électriquement et sont liées électriquement avec les interrupteurs Mil, M12 du premier côté. Les septième 13’ et huitième 14’ inductances sont connectées à la deuxième branche électrique B.
En particulier, dans l’exemple illustré à la figure 6, les cinquième 11’ et sixième 12’ inductances sont situées dans la première branche électrique A en série avec les première 11 et deuxième 12 inductances. Notamment, les première 11, deuxième 12, cinquième 11’ et sixième 12’ inductances sont situées dans cet ordre le long de la première branche électrique A. Les septième 13’ et huitième 14’ inductances sont situées dans la deuxième branche électrique B en série avec les troisième 13 et quatrième 14 inductances. Notamment, les troisième 13, quatrième 14, septième 13’ et huitième 14’ inductances sont situées dans cet ordre le long de la deuxième branche électrique B.
En particulier, dans l’exemple illustré à la figure 7, les cinquième 11’ et sixième 12’ inductances sont situées dans une branche électrique A’ parallèle à la première branche électrique A. Les septième 13’ et huitième 14’ inductances sont situées dans une branche électrique B’ parallèle à la deuxième branche électrique B.
Les exemples illustrés en figures 6, 7 peuvent comprendre un circuit de régulation 121 similaire à celui décrit précédemment. Cependant, les exemples 6, 7 peuvent comprendre un circuit de régulation 121 qui est différent des exemples décrits précédemment et qui est illustré en figure 8. Ce circuit de régulation 121 est similaire à celui décrit en figure 5, si ce n’est qu’il comprend une capacité C3 dans le deuxième bras 2 et une inductance L2 connectée entre le premier bras 1 et le deuxième bras 2. La capacité C3 est connectée entre le premier interrupteur M21 du deuxième bras 2 et le deuxième interrupteur M22 du deuxième bras 2. Ainsi, la capacité C3 est en série entre le premier interrupteur M21 et le deuxième interrupteur M22 du deuxième bras 2. La première inductance L1 du circuit de régulation 121 est connectée au point de connexion P3 entre la capacité C3 et le deuxième interrupteur M22. La deuxième inductance L2 du circuit de régulation 121 est connectée entre le premier point de connexion PI du premier bras 1 et un quatrième point de connexion P4 entre le premier interrupteur M21 et la capacité C3. En rajoutant la capacité C3 et l’inductance L2, on augmente la plage de tension atteignable par le dispositif convertisseur de tension 100 par rapport au dispositif convertisseur comprenant le circuit de régulation 121 illustré en figure 5. Ce circuit de régulation 121 pourrait se passer des diodes et capacités qui sont en parallèle des interrupteurs M21, M22, Mil, M12.
Dans les exemples illustrés en figures 6 et 7, le circuit isolé 120 fonctionne de façon similaire au circuit isolé illustré en figures 1, 3. Dans le premier convertisseur de tension I, les première 11 et troisième 13 inductances du premier côté forment la première partie du circuit primaire et les deuxième 12 et quatrième 14 inductances du premier côté forment la deuxième partie du circuit primaire. Les première 21 et deuxième 23 inductances du deuxième côté forment respectivement la première et la deuxième partie du circuit secondaire. Dans le deuxième convertisseur de tension II, les cinquième 11’ et septième 13’ inductances du premier côté forment la première partie du circuit primaire et les sixième 12’ et huitième 14’ inductances du premier côté forment la deuxième partie du circuit primaire.
Les exemples de dispositif convertisseur de tension continu/continu 100 selon l’invention sont particulièrement adaptés pour des applications embarquées dans un véhicule, notamment un véhicule électrique ou hybride, pour la conversion de tension entre un premier et un deuxième réseau de bord ayant des tensions différentes et pour la charge de batteries du véhicule à partir d’un réseau électrique extérieur. Cependant, l’invention n’est pas limitée aux exemples décrits et pourrait s’appliquer à une installation électrique résidentielle dans laquelle le troisième réseau électrique est une source d’énergie renouvelable, telle que par exemple une éolienne ou un panneau photovoltaïque. En outre, notamment, les interrupteurs peuvent être des transistors, tels que des transistors MOSFET, IGB T, ou autres. Les circuits peuvent être réalisés à partir d’un matériau semiconducteur tel que du silicium (Si), du nitrure de gallium (GaN), du carbure de silicium (SiC), ou tout autre matériau semiconducteur.
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Dispositif convertisseur de tension continu/continu (100), notamment destiné à être embarqué dans un véhicule, comprenant :-un circuit isolé (120) qui comporte une barrière d’isolation électrique (122), et des inductances (11, 13, 21)couplées entre elles par un premier circuit magnétique (111) indépendant d’un deuxième circuit magnétique (112) qui couple des inductances (12, 14, 22) entre elles, et dans lequel :- un premier côté de la barrière d’isolation électrique (122) comporte : au moins une branche électrique (A, B) comprenant une inductance (11, 13) qui est couplée au premier circuit magnétique (111) et est en série électriquement avec une inductance (12, 14) couplée au deuxième circuit magnétique (112); et des interrupteurs (Mil, Ml2), dits interrupteurs du premier côté, configurés pour connecter ladite branche électrique (A, B) entre une première (131) et une deuxième (132) bornes du dispositif, lesdits interrupteurs comprenant des interrupteurs (Mil, M12) formant un premier bras (1), et lesdites première (131) et deuxième (132) bornes étant destinées à être reliées à un premier réseau électrique, notamment un premier réseau électrique du véhicule ;- un deuxième côté de la barrière d’isolation électrique (122) comporte : au moins une première inductance (21) couplée au premier circuit magnétique (111) et au moins une deuxième inductance (22) couplée au deuxième circuit magnétique (112), un point de connexion entre la première (21) et la deuxième (22) inductance du deuxième côté de la barrière d’isolation formant une troisième borne (133) du dispositif ; et des interrupteurs (Ql, Q2), dits interrupteurs du deuxième côté, configurés pour connecter les première (21) et deuxième (22) inductances du deuxième côté entre la troisième (133) et une quatrième (134) borne du dispositif, lesdites troisième (133) et quatrième (134) bornes étant destinées à être reliées à un deuxième réseau électrique, notamment un deuxième réseau électrique du véhicule ;le deuxième côté de la barrière d’isolation électrique (122) comprenant en outre une troisième inductance (23) et une quatrième inductance (24), un point de connexion entre la troisième (23) et la quatrième (24) inductance du deuxième côté de la barrière d’isolation formant une cinquième borne (135) du dispositif ; et des interrupteurs (Q3, Q4) configurés pour connecter les troisième (23) et quatrième (24) inductances du deuxième côté entre la cinquième (135) et une sixième (136) borne du dispositif, lesdites cinquième (135) et sixième (136) bornes étant destinées à être reliées à un troisième réseau électrique, notamment un réseau électrique extérieur au véhicule, lesdites troisième (23) et quatrième (24) inductances du deuxième côté étant couplées par un circuit magnétique respectif (113, 114) à au moins une inductance respective située du premier côté de la barrière d’isolation (122) et liée électriquement avec lesdits interrupteurs (Mil, Ml2) du premier côté.
- 2. Dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication 1, dans lequel le premier côté de la barrière d’isolation électrique (122) comprend en outre :- au moins une inductance (11’, 13’) couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté par un troisième circuit magnétique (113) ;- au moins une inductance (12’, 14’) couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté par un quatrième circuit magnétique (114), lesdits troisième (113) et quatrième (114) circuits magnétiques étant indépendants entre eux ;ladite inductance (11’, 13’) couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance (12’, 14’) couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté étant en série électriquement, et étant liées électriquement avec lesdits interrupteurs (Ml 1, Ml2) du premier côté.
- 3. Dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication précédente, dans lequel ladite inductance (11’, 13’) couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance (12’, 14’) couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté sont situées dans ladite branche électrique (A, B).
- 4. Dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication 2, dans lequel ladite inductance (11’, 13’) couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance (12’, 14’) couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté sont situées dans une autre branche électrique (A’, B’) connectée en parallèle de ladite branche électrique (A, B).
- 5. Dispositif convertisseur de tension (100) selon l’une des revendications 2 à 4, comprenant un interrupteur (148, 152), dit interrupteur de neutralisation (148, 152), configuré pour sélectivement neutraliser ladite inductance (11’, 13’) couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance (12’, 14’) couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté.
- 6. Dispositif convertisseur de tension (100) selon les revendications 3 et 5, dans lequel ledit interrupteur de neutralisation (148, 152) est configuré pour sélectivement mettre en court-circuit ladite inductance (11’, 13’) couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance (12’, 14’) couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté.
- 7. Dispositif convertisseur de tension (100) selon les revendications 4 et 5, dans lequel l’interrupteur de neutralisation (148, 152) est compris dans la branche électrique (A’, B’) comprenant ladite inductance (11’, 13’) couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance (12’, 14’) couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté, ledit interrupteur de neutralisation (148, 152) étant configuré pour ouvrir sélectivement cette branche (A’, B’).
- 8. Dispositif convertisseur de tension (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le circuit isolé (120) comprend au premier côté de la barrière d’isolation électrique (122) :-une première branche électrique (A) comprenant une première inductance (11) qui est couplée au premier circuit magnétique (111) et est en série électriquement avec une deuxième inductance (12) couplée au deuxième circuit magnétique (112) ;-une deuxième branche électrique (B) comprenant une troisième inductance (13) qui est couplée au premier circuit magnétique (111) et est en série électriquement avec une quatrième inductance (14) couplée au deuxième circuit magnétique (112), lesdits interrupteurs (Mil, Ml2) du premier côté, étant configurés pour connecter lesdites première (A) et deuxième (B) branches électriques entre la première (131) et la deuxième (132) borne du dispositif, et le circuit isolé (120) étant tel que :- les interrupteurs du premier côté comportent un premier interrupteur (Mil) et un deuxième interrupteur (M12) formant ledit premier bras (1) avec une première capacité (150) connectée entre les deux interrupteurs (Ml 1, Ml2), ;- ladite deuxième branche électrique (B) est connectée entre une première borne extrémale (la) du bras (A) et le point de connexion, dit deuxième point de connexion (P2), entre le deuxième interrupteur (M12) du bras (1) et la première capacité (150), la première borne extrémale du bras (A) correspondant à la borne du premier interrupteur (Mil) qui n’est pas connectée à la première capacité (150) ; et- ladite première branche électrique (A) est connectée entre une deuxième borne extrémale (lb) du premier bras (1) et le point de connexion, dit premier point de connexion (Pl), entre le premier commutateur (Mil) et la première capacité (150), la deuxième borne extrémale (lb) du premier bras (A) correspondant à la borne du deuxième interrupteur (M12) qui n’est pas connectée à la première capacité (150).
- 9. Dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication précédente et la revendication 2, dans lequel le circuit isolé (120) comprend au premier côté de la barrière d’isolation électrique (122) :- une cinquième inductance (11’) couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté par le troisième circuit magnétique (113), et une sixième inductance (12’) couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté par le quatrième circuit magnétique (114), lesdites cinquième (11’) et sixième (12’) inductances étant en série électriquement, et étant liées électriquement avec lesdits interrupteurs (Ml 1, Ml2) du premier côté ;- une septième inductance (13’) couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté par le troisième circuit magnétique (113), et une huitième inductance (14’) couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté par le quatrième circuit magnétique (114), lesdites septièmes (13’) et huitième (14’) inductances étant en série électriquement, et étant liées électriquement avec lesdits interrupteurs du premier côté ;lesdites cinquième (11’) et sixième (12’) inductances étant connectées à la première branche électrique (A) et lesdites septième (13’) et huitième (14’) inductances étant connectées à la deuxième branche électrique (B).
- 10. Dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication précédente et la revendication 3, dans lequel les cinquième (11’) et sixième (12’) inductances sont situées dans la première branche électrique (A) en série avec les première (11) et deuxième (12) inductances ; et les septième (13’) et huitième (14’) inductances sont situées dans la deuxième branche électrique (B) en série avec les troisième (13) et quatrième (14) inductances.
- 11. Dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication 9 et la revendication 4, dans lequel les cinquième (11’) et sixième (12’) inductances sont situées dans une branche électrique (A’) parallèle à la première branche électrique (A) ; et les septième (13’) et huitième (14’) inductances sont situées dans une branche électrique (B’) parallèle à la deuxième branche électrique (B).
- 12. Système électrique, notamment configuré pour être embarqué dans un véhicule automobile, comprenant :- un dispositif convertisseur de tension (100) selon l’une des revendications précédentes ;- une première source d’énergie rechargeable (140), notamment une batterie haute tension, connectée entre la première (131) et la deuxième (132) borne dudit dispositif convertisseur de tension (100) ;- une deuxième source d’énergie rechargeable (142), notamment une batterie basse tension, connectée entre la troisième (133) et la quatrième (134) bornes dudit dispositif convertisseur de tension (100).
- 13. Procédé de commande d’un système électrique selon la revendication 12, comprenant les étapes consistant à :- connecter une source d’énergie électrique extérieure audit système électrique entre les cinquième (135) et sixième (136) bornes du dispositif convertisseur de tension (100) ;-commander les interrupteurs (Mil, Ml2) du premier côté, les interrupteurs (Ql, Q2) du deuxième côté et les interrupteurs (Q3, Q4) configurés pour connecter les troisième (23) et quatrième (24) inductances du deuxième côté entre la cinquième (135) et la sixième (136) borne du dispositif, de sorte qu’une énergie électrique circule entre d’une part la source d’énergie électrique extérieure et d’autre part la première source d’énergie rechargeable (140) et/ou la deuxième source d’énergie rechargeable (142).
- 14. Procédé de commande selon la revendication 13, ledit système comprenant un dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication 5, ledit procédé comprenant l’étape (200) consistant à mettre ledit interrupteur de neutralisation (148, 152) dans un état permettant le fonctionnement de ladite inductance (11’, 13’) couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et de ladite inductance (12’, 14’) couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté.
- 15. Procédé de commande d’un système électrique selon la revendication 12, ledit système comprenant un dispositif convertisseur de tension (100) selon la revendication 5, comprenant les étapes consistant à :- mettre ledit interrupteur de neutralisation (148, 152) dans un état neutralisant ladite inductance (11’, 13’) couplée à la troisième inductance (23) du deuxième côté et ladite inductance (12’, 14’) couplée à la quatrième inductance (24) du deuxième côté ;- commander les interrupteurs (Mil, Ml2) du premier côté et les interrupteurs (Ql, Q2) du deuxième côté de sorte qu’une énergie électrique circule entre la première source d’énergie rechargeable (140) et la deuxième source d’énergie rechargeable (142), notamment depuis la première source d’énergie rechargeable vers la deuxième source d’énergie rechargeable.1/61002/6I ùA-JCA <
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Owner name: VALEO EAUTOMOTIVE FRANCE SAS, FR Effective date: 20221230 |
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