FR3066866A1 - Convertisseur continu-continu pour vehicule electrique ou hybride - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un convertisseur continu-continu (10A, 10B) isolé, notamment pour véhicule électrique ou hybride, comprenant un premier circuit (PR10) et un deuxième circuit (CV10). Le premier circuit (PR10) comprend un premier interrupteur (QHSB), un deuxième interrupteur (QLSB) et un troisième interrupteur (QHSB2), une première bobine inductive (Lbuck1), une deuxième bobine inductive (Lbuck2) et une troisième bobine inductive (Lbuck3), le premier interrupteur (QHSB) et la première bobine inductive (Lbuck1) d'une part et le troisième interrupteur (QHSB2) et la troisième bobine inductive (Lbuck3) d'autre part étant connectés en parallèle.

Description

CONVERTISSEUR CONTINU-CONTINU POUR VEHICULE ELECTRIQUE OU HYBRIDE

DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L’INVENTION

[0001] La présente invention se rapporte au domaine des véhicules électriques ou hybrides et concerne plus particulièrement un procédé et un convertisseur de tension continue pour véhicule électrique ou hybride.

ETAT DE LA TECHNIQUE

[0002] Comme cela est connu, un véhicule automobile électrique ou hybride comprend un système de motorisation électrique alimenté par une batterie d’alimentation haute tension via un réseau électrique embarqué haute tension et une pluralité d’équipements électriques auxiliaires alimentés par une batterie d’alimentation basse tension via un réseau électrique embarqué basse tension. Ainsi, la batterie d’alimentation haute tension assure une fonction d’alimentation en énergie du système de motorisation électrique permettant la propulsion du véhicule. La batterie d’alimentation basse tension alimente des équipements électriques auxiliaires, tels que des calculateurs embarqués, des moteurs de lève-vitres, un système multimédia, etc. La batterie d’alimentation haute tension délivre typiquement une tension comprise entre 100 V et 900 V, de préférence entre 100 V et 500 V, tandis que la batterie d’alimentation basse tension délivre typiquement une tension de l’ordre de 12 V, 24 V ou 48 V. Ces deux batteries d’alimentation haute et basse tension doivent pouvoir être chargées.

[0003] La recharge en énergie électrique de la batterie d’alimentation haute tension est réalisée de manière connue en la connectant, via le réseau électrique haute tension continue du véhicule, à un réseau électrique externe, par exemple le réseau électrique alternatif domestique.

[0004] Il est également connu de charger la batterie basse tension directement à partir de la batterie haute tension. A cette fin, la batterie haute tension est connectée à la batterie basse tension via un convertisseur de tension continue en tension continue, appelé communément convertisseur continu-continu.

[0005] Un tel convertisseur continu-continu comprend de manière connue un premier circuit, également appelé pré-régulateur, et un deuxième circuit convertisseur de tension, isolé galvaniquement et dont la tension de sortie alimente le réseau électrique basse tension du véhicule afin notamment de recharger la batterie basse-tension.

[0006] Le premier circuit permet de délivrer un signal électrique au deuxième circuit, notamment en modifiant le rapport cyclique du premier circuit. Le deuxième circuit comprend un ou plusieurs transformateurs permettant de convertir la tension qu’il reçoit en entrée en une tension de sortie de plus faible valeur permettant l’alimentation du réseau électrique basse tension, en fonction du courant ou de la tension du signal électrique délivré par le premier circuit.

[0007] On a représenté à la figure 1 un exemple d’un tel convertisseur continu-continu 1 permettant de convertir une tension d’entrée Vht correspondant à la tension aux bornes du réseau d’alimentation haute tension en une tension de sortie Vbt, de plus faible valeur, correspondant à la tension aux bornes du réseau d’alimentation basse tension.

[0008] Dans cet exemple, le premier circuit PR1, de type « buck boost», et le deuxième circuit CV1 permettent ensemble de réaliser une alimentation à découpage. Le premier circuit PR1 permet de réguler la tension qu’il reçoit en entrée en utilisant notamment des bobines à induction tandis que le deuxième circuit CV1 permet de diminuer la tension ainsi régulée via un ou plusieurs transformateurs d’isolation galvanique.

[0009] Dans cet exemple, toujours en référence à la figure 1, le premier circuit PR1 comprend tout d’abord une première borne d’entrée E1H et une deuxième borne d’entrée E1L entre lesquelles est définie la tension d’entrée Vht, la deuxième borne d’entrée E1L étant en outre connectée à une première masse M1 électrique. Le premier circuit PR1 comprend une capacité d’entrée Cin, connectée entre la première borne d’entrée E1H et la deuxième borne d’entrée E1L, et un premier interrupteur Qhsb, dit interrupteur côté haut, relié d’une part à la première borne d’entrée E1H et d’autre part à une première borne d’une première bobine inductive Lbucki au niveau d’un point MB1. La deuxième borne de la première bobine inductive Lbucki est reliée à un nœud S1 du premier circuit PR1.

[0010] Le premier circuit PR1 comprend ensuite un deuxième interrupteur Qlsb, dit interrupteur côté bas, relié d’une part au premier interrupteur Qhsb et à la première borne de la première bobine inductive Lbucki au niveau du point MB1 et relié d’autre part à la première masse M1.

[0011] Le deuxième circuit CV1 est relié au premier circuit PR1 par l’intermédiaire du nœud S1. Le deuxième circuit CV1 comprend notamment un premier interrupteur Qhsfw et un deuxième interrupteur Qlsfw dont le rapport cyclique reste constant. En particulier, le premier interrupteur Qhsb et le deuxième interrupteur Qlsb du premier circuit PR1 contrôlent la tension de sortie Vbt grâce à leur rapport cyclique variable.

[0012] Avec ce type de topologie, on a constaté que la température de jonction du premier interrupteur Qhsb du premier circuit PR1 pouvait dépasser une température critique du fait du fort courant traversant la première bobine inductive Lbucki, présentant ainsi un risque d’endommagement dudit premier interrupteur Qhsb. Cela est notamment le cas quand le circuit fonctionne à partir d’une puissance de 5 kW avec une tension minimale de 170 V.

[0013] L’invention a donc pour but de résoudre cet inconvénient en proposant une solution simple, fiable et efficace de convertisseur continu-continu permettant d’éviter de dépasser la température critique du premier interrupteur Qhsb du premier circuit PR1.

PRESENTATION GENERALE DE L’INVENTION

[0014] A cet effet, l’invention concerne tout d'abord un convertisseur continu-continu isolé, notamment pour véhicule électrique ou hybride, comprenant un premier circuit et un deuxième circuit.

[0015] Le premier circuit comprend une première borne d’entrée et une deuxième borne d’entrée entre lesquelles une tension d’entrée continue est destinée à être reçue, un premier nœud électrique et un deuxième nœud électrique entre lesquels est définie une tension continue, dite tension intermédiaire (Vint), obtenue à partir de la tension d’entrée régulée par le premier circuit, un premier interrupteur présentant une première borne connectée à la première borne d’entrée, une première bobine inductive connectée par une première borne à une deuxième borne du premier interrupteur et par une deuxième borne au premier nœud électrique, une première capacité présentant une première borne connectée à la deuxième borne du premier interrupteur et à la première borne de la première bobine inductive, une deuxième bobine inductive, présentant une première borne, connectée à la deuxième borne de la première capacité, et une deuxième borne connectée au deuxième nœud électrique, et un deuxième interrupteur présentant une première borne, connectée à la deuxième borne de la première capacité et à la première borne de la deuxième bobine inductive, et une deuxième borne connectée à la deuxième borne d’entrée.

[0016] Le deuxième circuit, qui est un convertisseur de tension isolé, est connecté au premier nœud électrique et au deuxième nœud électrique, et comprend un premier interrupteur, un deuxième interrupteur, une première capacité connectée entre ledit premier interrupteur et ledit deuxième interrupteur, et une première borne de sortie et une deuxième borne de sortie entre lesquelles une tension de sortie continue, obtenue par conversion de le tension intermédiaire, est destinée à être fournie par le deuxième circuit.

[0017] Le convertisseur continu-continu est remarquable en ce que le premier circuit comprend en outre un troisième interrupteur présentant une première borne connectée à la première borne d’entrée, une troisième bobine inductive connectée par une première borne à une deuxième borne du troisième interrupteur et par une deuxième borne au premier nœud électrique, une deuxième capacité présentant une première borne, connectée à la deuxième borne du troisième interrupteur et à la première borne de la troisième bobine inductive, et une deuxième borne connectée à la première borne du deuxième interrupteur et à la première borne de la deuxième bobine inductive.

[0018] Avec le convertisseur selon l’invention, et notamment avec l’ajout de la troisième bobine inductive, chacun du premier interrupteur et du troisième interrupteur reçoit le même courant indépendamment de l’autre, ce qui empêche notamment l’un de ces deux interrupteurs de recevoir davantage de courant que l’autre. Le premier interrupteur et le troisième interrupteur étant alimentés indépendamment, ils peuvent ainsi commuter à des instants légèrement différents, de l’ordre d’une centaine de nanosecondes, sans que cela ne cause une forte absorption du courant par celui qui commute en premier, le courant étant réparti sensiblement également entre les deux interrupteurs. Ceci permet d’éviter un dépassement de la température critique du premier interrupteur et du troisième interrupteur, réduisant ainsi les risques de les endommager.

[0019] De manière préférée, le convertisseur comprend un premier système de commande configuré pour faire commuter le premier circuit entre un premier état, dans lequel le premier interrupteur et le troisième interrupteur du premier circuit sont fermés tandis que le deuxième interrupteur du premier circuit est ouvert, et un deuxième état dans lequel le premier interrupteur et le troisième interrupteur du premier circuit sont ouverts tandis que le deuxième interrupteur du premier circuit est fermé.

[0020] Selon un aspect de l’invention, la première borne d’entrée est destinée à être connectée à une source d’alimentation en tension et la deuxième borne d’entrée est destinée à être connectée à une première masse électrique.

[0021] De manière avantageuse, le premier circuit comprend en outre une capacité d’entrée, la tension d’entrée étant définie aux bornes de ladite capacité d’entrée.

[0022] De préférence, la valeur d’inductance de la première bobine inductive et la valeur d’inductance de la troisième bobine inductive sont égales, notamment afin d’autoriser un courant de même intensité à les parcourir simultanément.

[0023] De préférence encore, la valeur de la première capacité et la valeur de la deuxième capacité du premier circuit sont égales.

[0024] Selon une caractéristique de l’invention, le premier système de commande du premier circuit est configuré pour faire commuter le premier circuit entre le premier état et le deuxième état à un rapport cyclique variable.

[0025] Selon une autre caractéristique de l’invention, le convertisseur comprend un deuxième système de commande du deuxième circuit configuré pour faire commuter le deuxième circuit à un rapport cyclique constant.

[0026] Dans une première forme de réalisation, les interrupteurs du premier circuit sont commandés de sorte à contrôler la tension de sortie du deuxième circuit en régulant le courant circulant dans la première capacité du deuxième circuit.

[0027] Dans une deuxième forme de réalisation, les interrupteurs du premier circuit sont commandés de sorte à contrôler la tension de sortie du deuxième circuit en régulant la tension définie aux bornes de la première capacité du deuxième circuit.

[0028] Selon un aspect de l’invention, le deuxième circuit comprend un composant magnétique et des successions d’ouverture et de fermeture des interrupteurs du premier circuit et des interrupteurs du deuxième circuit permettent de convertir la tension d’entrée en la tension de sortie par l’intermédiaire dudit composant magnétique.

[0029] Avantageusement, le composant magnétique comporte au moins un circuit primaire et au moins un circuit secondaire séparés par une barrière d’isolation électrique, ledit composant magnétique étant configuré pour, lors de la conversion d’une tension d’entrée du convertisseur continu-continu 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.

[0030] Avantageusement encore, le composant magnétique est configuré pour que, sur une première partie d’une période de fonctionnement du convertisseur, une première partie du circuit primaire transfère une énergie vers une première partie du circuit secondaire et une deuxième partie du circuit primaire réalise une inductance stockant de l’énergie, et sur une deuxième partie de la période de fonctionnement du convertisseur, la deuxième partie du circuit primaire transfère une énergie vers une deuxième partie du circuit secondaire, et la première partie du circuit primaire réalise une inductance stockant de l’énergie.

[0031] De manière avantageuse, le composant magnétique comprend au moins un premier transformateur et un deuxième transformateur en série dans lesquels les enroulements primaires du premier transformateur forment la première partie du circuit primaire et l’enroulement secondaire du premier transformateur forme la première partie du circuit secondaire, et les enroulements primaires du deuxième transformateur forment la deuxième partie du circuit primaire et l’enroulement secondaire du deuxième transformateur forme la deuxième partie du circuit secondaire.

[0032] L’invention concerne enfin un véhicule électrique ou hybride comprenant un système de motorisation électrique alimenté par une batterie d’alimentation haute tension via un réseau électrique embarqué haute tension, une pluralité d’équipements électriques auxiliaires alimentés par une batterie d’alimentation basse tension via un réseau électrique embarqué basse tension, et un convertisseur continu-continu tel que présenté précédemment connecté d’une part au réseau électrique embarqué haute tension et d’autre part au réseau électrique embarqué basse tension.

PRESENTATION DES FIGURES

[0033] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et se référant aux dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels des références identiques sont données à des objets semblables et sur lesquels : la figure 1 (déjà en partie commentée) illustre une première forme de réalisation d’un convertisseur continu-continu de l’art antérieur, la figure 2 illustre une première forme de réalisation d’un convertisseur continu-continu selon l’invention, la figure 3 illustre une deuxième forme de réalisation d’un convertisseur continu-continu selon l’invention.

[0034] Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION

[0035] Dans la description qui sera faire ci-après, on parlera d’un véhicule automobile électrique ou hybride.

[0036] Le véhicule comprend une batterie d’alimentation haute tension, un système de motorisation électrique, un réseau électrique embarqué haute tension, une batterie d’alimentation basse tension, un réseau électrique embarqué basse tension et une pluralité d’équipements électriques auxiliaires.

[0037] Le réseau électrique embarqué haute tension relie la batterie d’alimentation haute tension et le système de motorisation électrique afin que la batterie d’alimentation haute tension assure une fonction d’alimentation en énergie du système de motorisation électrique permettant la propulsion du véhicule. La batterie d’alimentation haute tension délivre typiquement une tension comprise entre 100 V et 900 V, de préférence entre 100 V et 500 V.

[0038] Le réseau électrique embarqué basse tension relie la batterie d’alimentation basse tension et la pluralité d’équipements électriques auxiliaires afin que la batterie d’alimentation basse tension alimente les équipements électriques auxiliaires, tels que des calculateurs embarqués, des moteurs de lève-vitres, un système multimédia, etc. La batterie d’alimentation basse tension délivre typiquement une tension de l’ordre de 12 V, 24 V ou 48 V.

[0039] La recharge en énergie électrique de la batterie d’alimentation haute tension est réalisée en la connectant, via un réseau électrique haute tension continue du véhicule, à un réseau électrique externe, par exemple le réseau électrique alternatif domestique.

[0040] La recharge de la batterie basse tension est réalisée directement à partir de la batterie haute tension. A cette fin, la batterie haute tension est connectée à la batterie basse tension via un convertisseur de tension continue en tension continue, appelé communément convertisseur continu-continu.

[0041] On a représenté aux figures 2 et 3 deux formes de réalisation 10A et 10B du convertisseur continu-continu selon l’invention.

[0042] Le convertisseur de tension 10A, 10B est un convertisseur continu-continu destiné à recevoir une tension d’entrée Vht continue et à délivrer une tension de sortie Vbt continue selon un facteur de conversion global A :

[0043] La tension d’entrée Vht, dite « haute tension », est la tension du réseau d’alimentation haute tension. Cette tension d’entrée Vht est par exemple comprise entre 100 et 900 V, de préférence entre 100 et 500 V. La tension de sortie Vbt, dite « basse tension », est la tension délivrée au réseau électrique basse tension du véhicule. Cette tension d’entrée Vht peut par exemple être de l’ordre de 12 V, 24 V ou 48 V.

[0044] Le convertisseur continu-continu 10A, 10B comprend un premier circuit PR10, également appelé pré-régulateur, recevant en entrée la tension d’entrée Vht, et un deuxième circuit CV10, qui est un convertisseur de tension isolé galvaniquement et dont la tension de sortie Vbt alimente le réseau électrique basse tension du véhicule afin notamment de recharger la batterie basse-tension.

[0045] Le premier circuit PR10 remplit une fonction de pré-régulation. Plus précisément, le premier circuit PR10 permet de contrôler la tension d’entrée du deuxième circuit CV10, notamment en corrigeant le rapport cyclique de ses interrupteurs.

[0046] Dans les exemples illustrés aux figures 2 et 3, le premier circuit PR10 est de type « buck boost » afin de réaliser une alimentation à découpage en délivrant une tension intermédiaire Vint fonction de la tension d’entrée Vht en utilisant notamment des bobines à induction.

[0047] Le premier circuit PR10 est destiné à recevoir la tension d’entrée Vht et à fournir la tension intermédiaire Vint au deuxième circuit CV10 selon un premier facteur de conversion Ai :

[0048] Le premier circuit PR10 est un convertisseur élévateur/abaisseur, ce qui signifie que le facteur Ai peut être inférieur, égal ou supérieur à 1.

[0049] Le premier circuit PR10 comprend tout d’abord une première borne d’entrée E1H et une deuxième borne d’entrée E1 L. La première borne d’entrée E1H est destinée à être connectée au pôle positif de la batterie d’alimentation haute tension (non représentée). La deuxième borne d’entrée E1L est destinée à être connectée à une première masse Mi électrique. Une capacité d’entrée Cm est connectée entre la première borne d’entrée E1H et la deuxième borne d’entrée E1L, la tension d’entrée Vht étant définie entre la première borne d’entrée E1H et la deuxième borne d’entrée E1 L, aux bornes de ladite capacité d’entrée Cm. De préférence, la première masse Mi électrique est isolée.

[0050] Le premier circuit PR10 comprend un premier interrupteur Qhsb, dont une première borne est connectée à la première borne d’entrée E1H, une première bobine inductive Lbucki connectée par une première borne à une deuxième borne du premier interrupteur Qhsb au niveau d’un point MB1 et par une deuxième borne à un premier nœud S1H du premier circuit PR10, une première capacité Cu présentant une première borne connectée à la deuxième borne du premier interrupteur Qhsb et à la première borne de la première bobine inductive Lbucki au niveau du point MB1.

[0051] Le premier circuit PR10 comprend une deuxième bobine inductive LbUCk2, présentant une première borne connectée à la deuxième borne de la première capacité Cu au niveau d’un point MB2 et une deuxième borne connectée à un deuxième nœud S1L du premier circuit CV10.

[0052] Le premier circuit PR10 comprend un deuxième interrupteur Qlsb connecté, d’une

bobine inductive LbUCk2 au niveau du point MB2 et, d’autre part, à la deuxième borne d’entrée E1L (et à la première masse Mi électrique).

[0053] Selon l’invention, le premier circuit PR10 comprend en outre un troisième interrupteur Qhsb2, du même type que le premier interrupteur Qhsb, dont une première borne est connectée à la première borne d’entrée E1 H, une troisième bobine inductive LbuCk3 connectée par une première borne à une deuxième borne du troisième interrupteur Qhsb2 au niveau d’un point MB3 et par une deuxième borne au premier nœud S1H, une deuxième capacité C12 présentant une première borne, connectée à la fois à la deuxième borne du troisième interrupteur Qhsb2 et à la première borne de la troisième bobine inductive LbuCk3 au niveau du point MB3, et une deuxième borne connectée à la première borne du deuxième interrupteur Qlsb et à la première borne de la deuxième bobine inductive LbuCk2 au niveau du point MB2.

[0054] On aurait pu envisager de connecter le troisième interrupteur Qhsb2 entre la première borne d’entrée E1H et la première bobine inductive LbuCki (i.e. en parallèle du premier interrupteur Qhsb). Cependant en pratique, le premier interrupteur Qhsb et le troisième interrupteur Qhsb2 présentant des inductances parasites respectives faibles mais légèrement différentes, la circulation du courant à travers la première bobine inductive LbuCki déclencherait la commutation de l’interrupteur, parmi le premier interrupteur Qhsb et le troisième interrupteur Qhsb2, dont l’inductance parasite est la plus forte légèrement avant la commutation de l’autre interrupteur, parmi respectivement le troisième interrupteur Qhsb2 et le premier interrupteur Qhsb. Un tel déclenchement conduirait alors la majorité du courant à parcourir l’interrupteur qui aurait commuté en premier, ce dernier devant dissiper une forte puissance, ce qui entraînerait d’une part des pertes d’énergie importantes et d’autre part une réduction de la durée de vie dudit interrupteur, voire à son endommagement.

[0055] Le convertisseur continu-continu 10A, 10B comprend un premier système de commande 110 conçu pour commander le premier interrupteur Qhsb, le deuxième interrupteur Qlsb et le troisième interrupteur Qhsb2 afin de faire commuter le premier circuit PR10 entre un premier état où le premier interrupteur Qhsb et le troisième interrupteur Qhsb2 sont fermés tandis que le deuxième interrupteur Qlsb est ouvert, et un deuxième état où le premier interrupteur Qhsb et le troisième interrupteur Qhsb2 sont ouverts tandis que le deuxième interrupteur Qlsb est fermé.

[0056] Le premier système de commande 110 est conçu pour faire commuter le premier circuit PR10 à une première fréquence de commutation F1 correspondant à une première période T1 :

[0057] Durant chaque période T1, les deux états se succèdent selon un premier rapport cyclique ai. Ainsi, le premier état est maintenu pendant un temps (ai xT1), tandis que le deuxième état est maintenu pendant un temps (1-ai) xT1. Comme cela sera expliqué par la suite, le facteur de conversion Ai dépend du rapport cyclique a1. Dans l’exemple décrit, le facteur de conversion Ai vaut sensiblement :

[0058] Le premier système de commande 110 est en outre conçu pour recevoir une tension de référence Vref et pour mesurer la tension de sortie Vbt. Le premier système de commande 110 est en outre conçu pour modifier le rapport cyclique ai pour que la tension de sortie Vbt suive la tension de référence Vref.

[0059] Toujours dans les exemples illustrés aux figures 2 et 3, le deuxième circuit CV10 permet de réaliser une alimentation à découpage en diminuant la tension reçue du premier circuit PR10 via un ou plusieurs transformateurs d’isolation galvanique comme cela sera décrit ci-après.

[0060] Plus précisément, le deuxième circuit CV10 est un convertisseur continu-continu isolé qui remplit une fonction de conversion. Le deuxième circuit CV10 est conçu pour fournir la tension de sortie Vbt à partir de la tension intermédiaire Vint, selon un premier facteur de conversion Ai :

[0061] Le deuxième circuit CV10 est un convertisseur abaisseur, ce qui signifie que le facteur de conversion Ai est inférieur à 1.

[0062] Le deuxième circuit CV10 comprend une première capacité C21, connectée entre un premier nœud E2H1 et un deuxième nœud E2L, permettant de lisser la tension définie entre ledit premier nœud E2H1 et ledit deuxième nœud E2L.

[0063] Le deuxième circuit CV10 comprend un premier interrupteur Qhsfw connecté d’une part au premier nœud E2H1 et d’autre part à un troisième nœud E2H2, et un deuxième interrupteur Qlsfw connecté d’une part au deuxième nœud E2L et d’autre part à la première masse M1 électrique.

[0064] Une capacité haute Cfwh est connectée en parallèle du premier interrupteur Qhsfw, une capacité basse Cfwl est connectée en parallèle du deuxième interrupteur Qlsfw. Cette capacité haute Cfwh et cette capacité basse Cfwl permettent, pendant le temps mort d’ouverture du premier interrupteur Qhsfw et du deuxième interrupteur Qlsfw, de réaliser une commutation à tpnçinn millp pnnnrp annplpp 7V.R (7&rn Vnltanp .Qwitr.hinnt pn lanmip annlaisp

[0065] Le deuxième circuit CV10 comprend aussi une deuxième capacité C22 connectée entre le troisième nœud E2H2 et la première masse M1 électrique. Cette deuxième capacité C22 permet d’assurer une source de tension au deuxième circuit CV10. En particulier, cette deuxième capacité C22 permet d’imposer la tension aux bornes du bras formé entre le premier interrupteur Qhsfw et le deuxième interrupteur Qlsfw du deuxième circuit CV10, c’est-à-dire aux bornes de la première capacité C21.

[0066] Le deuxième circuit CV10 comprend un composant magnétique 130. Notamment, ce composant magnétique 130 comprend un premier transformateur T et un deuxième transformateur T’ permettant de convertir la tension intermédiaire Vint fournie par le premier circuit PR10 en une tension de sortie Vbt de plus faible valeur appliquée au réseau électrique basse tension (non représenté).

[0067] Le deuxième circuit CV10 comprend une première bobine inductive Lpa connectée d’une part au premier nœud E2H1 et d’autre part au premier transformateur T et représente l’inductance de fuite au niveau du premier primaire du composant magnétique 130. Le deuxième circuit CV10 comprend une deuxième bobine inductive Lpb connectée d’une part au troisième nœud E2H2 et d’autre part au deuxième transformateur T’ qui représente l’inductance de fuite au niveau du deuxième primaire composant magnétique 130.

[0068] Le premier et le deuxième transformateurs T, T’ présentent des distances d’isolement galvanique créant une isolation galvanique entre le primaire et le secondaire. Ainsi, les transformateurs T, T’forment une barrière d’isolation divisant le deuxième circuit CV10 en deux parties. Plus précisément, le premier et le deuxième transformateurs T, T’ présentent chacun trois enroulements : un premier enroulement primaire, respectivement Lau et Lait, un deuxième enroulement primaire, respectivement LA12 et LA12·, et un enroulement secondaire, respectivement LA2i et La21’. Chaque transformateur T, T’ comprend en outre un noyau magnétique respectif (représenté par des lignes pointillées) conçu pour coupler respectivement d’une part les enroulements LAn, LA12, LA2i du premier transformateur T entre eux et d’autre part les enroulements Lau·, LA12·, La21’ du deuxième transformateur T’ entre eux. Il sera noté que les enroulements LAn, LA12, LA21 du premier transformateur T sont découplés des enroulements Lau·, LA12’, La21’ du deuxième transformateur T’.

[0069] Notamment, dans ces transformateurs T, T’, les premiers enroulements primaires ont la même polarité et les deuxièmes enroulements primaires ont une même polarité. Cependant, la polarité des premiers enroulements primaires est opposée à celle des deuxièmes enroulements primaires. De manière générale, les coefficients de couplage entre les enroulements peuvent être différents. Dans l’exemple décrit, pour chaque transformateur T, T’, le coefficient de couplage entre les premier et deuxième enroulements primaires est de 1, et le coefficient de couplage entre l’enroulement secondaire et chacun des premier et deuxième enroulements primaires est de N. Ainsi, les premiers enroulements primaires Lau, Lau· sont disposés en série entre la première borne d’entrée E2H1 (via la première bobine inductive Lpa) et la première masse Mi et les deuxièmes enroulements primaires LA12, LA12’ sont disposés en série entre le troisième nœud E2H2 (via la deuxième bobine inductive Lpb) et le deuxième nœud E2L.

[0070] Le deuxième circuit CV10 comprend un troisième interrupteur Qhss et un quatrième interrupteur Qlss connecté respectivement d’une part aux enroulements secondaire La2i, La21’ et d’autre part à une deuxième masse M2 électrique, différente de la première masse M1, cette deuxième masse M2 électrique étant de préférence isolée.

[0071] Le deuxième circuit CV10 comprend un deuxième système de commande 120 du deuxième circuit CV10. Ce deuxième système de commande 120 est conçu pour commander le premier interrupteur Qhsfw, le deuxième interrupteur Qlsfw, le troisième interrupteur Qhss et le quatrième interrupteur Qlss pour faire commuter le deuxième circuit CV10 entre un premier état où le premier interrupteur Qhsfw et le troisième interrupteur Qhss sont fermés tandis que le deuxième interrupteur Qlsfw et le quatrième interrupteur Qlss sont ouverts, et un deuxième état où le premier interrupteur Qhsfw et le troisième interrupteur Qhss sont ouverts tandis que le deuxième interrupteur Qlsfw et le quatrième interrupteur Qlss sont fermés.

[0072] Le deuxième système de commande 120 est conçu pour faire commuter le deuxième circuit CV10 à un deuxième rapport cyclique. Le premier rapport cyclique et le deuxième rapport cyclique peuvent être identiques où différents. De préférence, ils sont différents. De préférence encore, le premier rapport cyclique est variable alors que le deuxième rapport cyclique est constant.

[0073] Dans le deuxième circuit CV10, durant chaque deuxième période de modulation T2, les deux états se succèdent selon un deuxième rapport cyclique 02. Ainsi, le premier état est maintenu pendant un temps (ci2-T2), tandis que le deuxième état est maintenu pendant un temps (1-a2) x T2. Comme cela sera expliqué par la suite, le facteur de conversion Ai dépend du rapport cyclique ai. Dans l’exemple décrit, le facteur de conversion Ai vaut sensiblement :

où N est le coefficient de conversion entre l’enroulement secondaire et chacun des enroulements primaires décrits ci-après. Dans l’exemple décrit, le premier système de commande est conçu pour faire commuter le deuxième circuit CV10 avec un rapport cyclique a2 constant, de préférence égal à 0,5.

[0074] Le deuxième circuit CV10 comprend une première borne de sortie S2H et une deuxième borne de sortie S2L destinées à fournir la tension de sortie Vbt au réseau d’alimentation basse tension. La deuxième borne de sortie S2L est connectée à la deuxième masse M2 électrique.

[0075] Le deuxième circuit CV10 comprend une capacité Cout de sortie connectée entre la première borne de sortie S2H et la deuxième borne de sortie S2L afin de lisser la tension de sortie Vbt. On notera qu’avec la configuration du deuxième circuit CV10, la capacité Cout n’est parcourue que par le courant reçu d’une seule des branches constituées respectivement des premiers enroulements primaires Lau, Lait et des deuxièmes enroulements LA2i, La21’.

[0076] Une charge Z est connectée entre la première borne de sortie S2H et la deuxième borne de sortie S2L pour être alimentée électriquement par la tension de sortie Vbt. La charge Z représente dans cet exemple le réseau d’alimentation basse tension auquel est reliée la batterie d’alimentation basse tension à recharger [0077] Dans la première forme de réalisation illustrée à la figure 2, le premier nœud E2H1 du deuxième circuit CV10 est connecté au premier nœud S1H du premier circuit PR10 et le deuxième nœud E2L du deuxième circuit CV10 est connecté au deuxième nœud S1L du premier circuit PR10. Un tel montage est dit «d’attaque en courant», c'est-à-dire que le paramètre contrôlé par le premier circuit PR10 est le courant circulant dans la première capacité C21, le but étant de contrôler la tension intermédiaire Vint définie aux bornes de la première capacité C21 du deuxième circuit CV10 en régulant en courant.

[0078] Dans la deuxième forme de réalisation illustrée à la figure 3, le premier nœud S1H du premier circuit PR10 est connecté à la première masse M1 et le deuxième nœud S1L du premier circuit PR10 est connecté au troisième nœud E2H2 du deuxième circuit CV10. Un tel montage est dit « d’attaque en tension », c'est-à-dire que le paramètre contrôlé par le premier circuit PR10 est la tension définie aux bornes de la capacité C21, le but étant de contrôler directement cette tension sans réguler en courant.

[0079] Dans ces exemples, les interrupteurs se présentent chacun sous la forme d’un transistor de type MOSFET (de l’anglais « Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor »). Alternativement, chacun du premier interrupteur Qhsfw, deuxième interrupteur Qlsfw, troisième interrupteur Qhss et quatrième interrupteur Qlss pourrait être formé par un autre type de transistor (IGBT, ou autre) ou par une diode dont l’état serait imposé par l’état des autres interrupteurs commandables.

[0080] Une partie, notamment la totalité, du convertisseur continu-continu 10A, 10B peut être réalisée à partir d’un matériau semi-conducteur tel que du silicium (Si), du nitrure de gallium (GaN), du carbure de silicium (SiC), ou tout autre matériau semi-conducteur.

[0081] Le convertisseur selon l’invention permet donc au premier interrupteur Lbucki, au deuxième interrupteur LbUCk2 et au troisième interrupteur LbUCk3 de recevoir le même courant indépendamment les uns des autres, ce qui empêche notamment l’un au l’autre du premier interrupteur Lbucki ou du troisième interrupteur LbUCk3 de recevoir plus de courant que les autres.

[0082] Le premier interrupteur Lbucki et le troisième interrupteur LbUCk3 peuvent ainsi commuter à des instants légèrement différents sans que cela ne cause une absorption de l’intégralité du courant par celui qui commute en premier, risquant de l’endommager. Autrement dit, le courant reçu par celui qui commute en premier est inférieur au courant reçu par l’ensemble des deux interrupteurs après leur commutation.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Convertisseur continu-continu (10A, 10B) isolé, notamment pour véhicule automobile, comprenant : - un premier circuit (PR10) comprenant : -une première borne d’entrée (E1H) et une deuxième borne d’entrée (E1L) entre lesquelles une tension d’entrée (Vht) continue est destinée à être reçue, - un premier nœud électrique (S1 H) et un deuxième nœud électrique (S1 L) entre lesquels est définie une tension continue, dite tension intermédiaire (Vint), obtenue à partir de la tension d’entrée (Vht) régulée par le premier circuit (PR10), - un premier interrupteur (Qhsb) présentant une première borne connectée à la première borne d’entrée (E1H), une première bobine inductive (Lbucki) connectée par une première borne à une deuxième borne du premier interrupteur (Qhsb) et par une deuxième borne au premier nœud électrique (S1H), une première capacité (Cu) présentant une première borne connectée à la deuxième borne du premier interrupteur (Qhsb) et à la première borne de la première bobine inductive (Lbucki), une deuxième bobine inductive (LbUCk2), présentant une première borne, connectée à la deuxième borne de la première capacité (C11), et une deuxième borne connectée au deuxième nœud électrique (S1L), et un deuxième interrupteur (Qlsb) présentant une première borne, connectée à la deuxième borne de la première capacité (Cu) et à la première borne de la deuxième bobine inductive (Lb UC k2), et une deuxième borne connectée à la deuxième borne d’entrée (E1L), - un deuxième circuit (CV10), convertisseur de tension isolé, connecté au premier nœud électrique (S1H) et au deuxième nœud électrique (S1L) et comprenant un premier interrupteur (Qhsfw), un deuxième interrupteur (Qlsfw), une première capacité (C21) connectée entre ledit premier interrupteur et ledit deuxième interrupteur, et une première borne de sortie (S2H) et une deuxième borne de sortie (S2L) entre lesquelles une tension de sortie (Vbt) continue, obtenue par conversion de le tension intermédiaire (Vint), est destinée à être fournie par le deuxième circuit (CV10), le convertisseur continu-continu (10A, 10B) étant caractérisé en ce que le premier circuit (PR10) comprend en outre un troisième interrupteur (Qhsb2) présentant une première borne connectée à la première borne d’entrée (E1H), une troisième bobine inductive (LbUCk3) connectée par une première borne à une deuxième borne du troisième interrupteur (Qhsb2) et par une deuxième borne au premier nœud électrique (S1H), une deuxième capacité (C12) présentant une première borne, connectée à la deuxième borne du troisième interrupteur (Qhsb2) et à la première borne de la troisième bobine inductive (LbUCk3), et une deuxième borne connectée à la première borne du deuxième interrupteur (Qlsb) et à la première borne de la deuxième bobine inductive (LbUCk2).
2. 2. Convertisseur continu-continu (10A, 10B) selon la revendication 1, comprenant un premier système de commande (110) configuré pour faire commuter le premier circuit (PR10) entre un premier état, dans lequel le premier interrupteur (Qhsb) et le troisième interrupteur (Qhsb2) du premier circuit (PR10) sont fermés tandis que le deuxième interrupteur (Qlsb) du premier circuit (PR10) est ouvert, et un deuxième état dans lequel le premier interrupteur (Qhsb) et le troisième interrupteur (Qhsb2) du premier circuit (PR10) sont ouverts tandis que le deuxième interrupteur (Qlsb) du premier circuit (PR10) est fermé.
3. 3. Convertisseur continu-continu (10A, 10B) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la valeur d’inductance de la première bobine inductive (Lbucki) et la valeur d’inductance de la troisième bobine inductive (LbUCk3) sont égales.
4. 4. Convertisseur continu-continu (10A, 10B) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier système de commande (110) du premier circuit (PR10) est configuré pour faire commuter le premier circuit (PR10) entre le premier état et le deuxième état à un rapport cyclique variable.
5. 5. Convertisseur continu-continu (10A) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les interrupteurs (Qhsb, Qhsb2, Qlsb) du premier circuit (PR10) sont commandés de sorte à contrôler la tension de sortie (Vbt) du deuxième circuit (CV10) en régulant le courant circulant dans la première capacité (C21) du deuxième circuit (CV10).
6. 6. Convertisseur continu-continu (10B) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel les interrupteurs (Qhsb, Qhsb2, Qlsb) du premier circuit (PR10) sont commandés de sorte à contrôler la tension de sortie (Vbt) du deuxième circuit (CV10) en régulant la tension définie aux bornes de la première capacité (C21) du deuxième circuit (CV10).
7. 7. Convertisseur continu-continu (10A, 10B) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le deuxième circuit (CV10) comprend un composant magnétique (130) et dans lequel des successions d’ouverture et de fermeture des interrupteurs (Qhsb, Qhsb2, Qlsb) du premier circuit (PR10) et des interrupteurs (Qhsfw, Qlsfw) du deuxième circuit (CV10) permettent de convertir la tension d’entrée (Vht) en la tension de sortie (Vbt) par l’intermédiaire dudit composant magnétique (130).
8. 8. Convertisseur continu-continu (10A, 10B) selon la revendication précédente, dans lequel le composant magnétique (130) comporte au moins un circuit primaire et au moins un circuit secondaire séparés par une barrière d’isolation électrique, ledit composant magnétique (130) étant configuré pour, lors de la conversion d’une tension d’entrée (Vht) du convertisseur continu-continu (10A, 10B) en une tension de sortie (Vbt), 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.
9. 9. Convertisseur continu-continu (10A, 10B) selon la revendication précédente, dans lequel le composant magnétique (130) est configuré pour que : - sur une première partie d’une période de fonctionnement du convertisseur, une première partie (LAn, L.A12) du circuit primaire transfère une énergie vers une première partie (LA21) du circuit secondaire et une deuxième partie (Lau·, LA12’) du circuit primaire réalise une inductance stockant de l’énergie ; - sur une deuxième partie de la période de fonctionnement du convertisseur, la deuxième partie (Lau·, LA12’) du circuit primaire transfère une énergie vers une deuxième partie (LA2i ) du circuit secondaire, et la première partie (LAn, U12) du circuit primaire réalise une inductance stockant de l’énergie.
10. 10. Convertisseur continu-continu (10A, 10B) selon la revendication précédente, dans lequel le composant magnétique (130) comprend au moins un premier transformateur (T) et un deuxième transformateur (Τ’) en série dans lesquels : - les enroulements primaires (LAn, U12) du premier transformateur (T) forment la première partie du circuit primaire et l’enroulement secondaire (LA21) du premier transformateur (T) forme la première partie du circuit secondaire ; - les enroulements primaires (Lau·, LA12’) du deuxième transformateur (Τ’) forment la deuxième partie du circuit primaire et l’enroulement secondaire (LA2i ) du deuxième transformateur (Τ’) forme la deuxième partie du circuit secondaire.