FR3096845A1 - Power electronic system for converting at least an input voltage to a continuous output voltage, and corresponding method - Google Patents

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Système électronique de puissance pour convertir au moins une tension d’entrée en une tension de sortie continue , et procédé correspondant Système (électronique de puissance comprenant au moins un module (CV1) adapté pour être connecté à une source de tension délivrant une tension d’entrée (Ue1) continue entre une borne positive (AA1) et une borne négative (BB1), et pour transformer la tension d’entrée en une tension de sortie (Us1) continue entre une première sortie (CC1) et une deuxième sortie (DD1) du module. Le module comprend : - un circuit de commutation (3) comportant une première entrée (E1) et une deuxième entrée (E2) destinées à être connectées respectivement à la borne positive et à la borne négative de la source de tension, - un premier circuit de filtrage (5) ayant une première entrée (E6) connectée à une première sortie (E3) du circuit de commutation, et une deuxième entrée (E7) destinée à être connectée à la borne négative de la source de tension, et - un deuxième circuit de filtrage (7) ayant une première entrée (E10) connecté à une première sortie (E8) du premier circuit de filtrage, une deuxième entrée (E11) connectée à une deuxième sortie (E9) du premier circuit de filtrage, une première sortie (E12) connectée à la première sortie (CC1) du module, et une deuxième sortie (E13) connectée à la deuxième sortie (E4) du circuit de commutation, la deuxième sortie (E9) du premier circuit de filtrage étant en outre connectée à la deuxième sortie (DD1) du module. Procédé correspondant. Figure pour l'abrégé : Figure 2Power electronic system for converting at least one input voltage into a continuous output voltage, and corresponding method System (power electronics comprising at least one module (CV1) adapted to be connected to a voltage source delivering a voltage of input (Ue1) continuous between a positive terminal (AA1) and a negative terminal (BB1), and to transform the input voltage into an output voltage (Us1) continuous between a first output (CC1) and a second output (DD1) ) of the module.The module comprises: - a switching circuit (3) comprising a first input (E1) and a second input (E2) intended to be connected respectively to the positive terminal and to the negative terminal of the voltage source, - a first filter circuit (5) having a first input (E6) connected to a first output (E3) of the switching circuit, and a second input (E7) intended to be connected to the negative terminal of the voltage source, and - a second circu it filter (7) having a first input (E10) connected to a first output (E8) of the first filter circuit, a second input (E11) connected to a second output (E9) of the first filter circuit, a first output (E12) connected to the first output (CC1) of the module, and a second output (E13) connected to the second output (E4) of the switching circuit, the second output (E9) of the first filter circuit being further connected to the second output (DD1) of the module. Corresponding process. Figure for the abstract: Figure 2

Description

Système électronique de puissance pour convertir au moins une tension d’entrée en une tension de sortie continue, et procédé correspondantPower electronic system for converting at least one input voltage into a DC output voltage, and corresponding method

La présente invention concerne un système électronique de puissance comprenant au moins un module adapté pour être connecté à une source de tension délivrant une tension d’entrée continue entre une borne positive et une borne négative, et pour transformer la tension d’entrée en une tension de sortie continue entre une première sortie et une deuxième sortie du module, le module comprenant un circuit de commutation comportant une première entrée et une deuxième entrée destinées à être connectées respectivement à la borne positive et à la borne négative de la source de tension.The present invention relates to a power electronic system comprising at least one module suitable for being connected to a voltage source delivering a DC input voltage between a positive terminal and a negative terminal, and for transforming the input voltage into a voltage continuous output between a first output and a second output of the module, the module comprising a switching circuit comprising a first input and a second input intended to be connected respectively to the positive terminal and to the negative terminal of the voltage source.

L’invention concerne également un procédé de conversion correspondant.The invention also relates to a corresponding conversion method.

Avec l’avènement des énergies renouvelables, la multiplication des sources d’énergie électrique et le développement des systèmes embarqués, le besoin de faire travailler ensemble plusieurs sources d’énergie électrique de nature différente s’est accru. L’action de connecter ensemble plusieurs sources d’énergie électrique ne pose pas de problème lorsque ces dernières possèdent des tensions de sortie identiques les unes aux autres. Par contre, le problème se complique lorsque les tensions de sortie sont différentes.With the advent of renewable energies, the proliferation of electrical energy sources and the development of on-board systems, the need to make several electrical energy sources of different kinds work together has increased. The action of connecting together several sources of electrical energy does not pose a problem when the latter have identical output voltages to each other. On the other hand, the problem becomes more complicated when the output voltages are different.

Ainsi, pour sommer les puissances électriques produites par des sources électriques dont les tensions de sortie sont différentes, il est connu d’associer à chacune des sources un circuit électronique pour convertir chacune des tensions des sources électriques en des tensions de sortie ayant une grandeur prédéfinie.Thus, to sum the electrical powers produced by electrical sources whose output voltages are different, it is known to associate with each of the sources an electronic circuit to convert each of the voltages of the electrical sources into output voltages having a predefined magnitude .

On utilise pour ce faire des circuits hacheurs comportant une ou plusieurs cellules de commutation, par exemple des circuits élévateurs de tension (connus en anglais sous le nom de « boost »), ou des circuits élévateurs-abaisseurs de tension (connus en anglais sous le nom de « buck-boost »).To do this, chopper circuits comprising one or more switching cells are used, for example voltage booster circuits (known in English under the name “boost”), or voltage step-up/step-down circuits (known in English under the name “boost”). name of "buck-boost").

Toutefois, ces circuits de conversion occasionnent des pertes d’énergie, c’est-à-dire que la puissance électrique récupérée en sortie de l’un de ces circuits est un peu plus faible que la puissance électrique débitée par la source de tension. Il en résulte une perte d’énergie assez importante lorsqu’on souhaite sommer les puissances électriques de plusieurs générateurs ayant des niveaux de tension différents.However, these conversion circuits cause energy losses, i.e. the electrical power recovered at the output of one of these circuits is slightly lower than the electrical power delivered by the voltage source. This results in a fairly significant loss of energy when one wishes to sum the electrical powers of several generators with different voltage levels.

En outre, du fait de la présence d’une ou plusieurs cellules de commutation, ces circuits de conversion créent des instabilités dans les tensions de sortie, qu’il serait souhaitable de réduire.In addition, due to the presence of one or more switching cells, these conversion circuits create instabilities in the output voltages, which it would be desirable to reduce.

Un but de l’invention est donc de fournir un circuit de conversion connectable à une source de tension et adapté pour fournir une tension de sortie ayant une grandeur prédéfinie, et ce avec des pertes énergétiques réduites par rapport aux circuits hacheurs de l’état de la technique, toutes choses égales par ailleurs.An object of the invention is therefore to provide a conversion circuit that can be connected to a voltage source and adapted to provide an output voltage having a predefined magnitude, and this with reduced energy losses compared to the chopper circuits of the state of technology, all other things being equal.

A cet effet, l’invention a pour objet un système électronique de puissance du type décrit ci-dessus, dans lequel le module comprend en outre :To this end, the subject of the invention is an electronic power system of the type described above, in which the module further comprises:

- un premier circuit de filtrage ayant une première entrée connectée à une première sortie du circuit de commutation, et une deuxième entrée destinée à être connectée à la borne négative de la source de tension, et- a first filter circuit having a first input connected to a first output of the switching circuit, and a second input intended to be connected to the negative terminal of the voltage source, and

- un deuxième circuit de filtrage ayant une première entrée connectée à une première sortie du premier circuit de filtrage, une deuxième entrée connectée à une deuxième sortie du premier circuit de filtrage, une première sortie connectée à la première sortie du module, et une deuxième sortie connectée à la deuxième sortie du circuit de commutation, la deuxième sortie du premier circuit de filtrage étant en outre connectée à la deuxième sortie du module. - a second filter circuit having a first input connected to a first output of the first filter circuit, a second input connected to a second output of the first filter circuit, a first output connected to the first output of the module, and a second output connected to the second output of the switching circuit, the second output of the first filter circuit being further connected to the second output of the module.

Suivant des modes de réalisation particuliers, le système selon l’invention comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :According to particular embodiments, the system according to the invention comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations:

- le premier circuit de filtrage et le deuxième circuit de filtrage sont structurellement analogues l’un à l’autre ;- the first filter circuit and the second filter circuit are structurally analogous to each other;

- le premier circuit de filtrage et/ou le deuxième circuit de filtrage comprend respectivement plusieurs inductances et plusieurs capacités, et est de préférence un circuit « LC » ;- the first filter circuit and/or the second filter circuit respectively comprises several inductors and several capacitors, and is preferably an “LC” circuit;

- chacun du premier circuit de filtrage et du deuxième circuit de filtrage comprend une première branche reliant directement sa première entrée à sa première sortie, et une deuxième branche reliant directement sa deuxième entrée à sa deuxième sortie, chacune de la première branche et la deuxième branche comprenant au moins une inductance, de préférence de même valeur ;- each of the first filter circuit and of the second filter circuit comprises a first branch directly connecting its first input to its first output, and a second branch directly connecting its second input to its second output, each of the first branch and the second branch comprising at least one inductance, preferably of the same value;

- chacun du premier circuit de filtrage et du deuxième circuit de filtrage comprend une troisième branche reliant directement sa première entrée à sa deuxième sortie, et une quatrième branche reliant directement sa deuxième entrée à sa première sortie, chacune de la troisième branche et la quatrième branche comprenant au moins une capacité, de préférence de même valeur ;- each of the first filter circuit and of the second filter circuit comprises a third branch directly connecting its first input to its second output, and a fourth branch directly connecting its second input to its first output, each of the third branch and the fourth branch comprising at least one capacitor, preferably of the same value;

- le circuit de commutation forme un circuit élévateur de tension ou un circuit élévateur-abaisseur de tension, lorsque la deuxième sortie du circuit de commutation est reliée directement à la borne négative de la source de tension ;- the switching circuit forms a voltage booster circuit or a voltage step-up/step-down circuit, when the second output of the switching circuit is connected directly to the negative terminal of the voltage source;

- le circuit de commutation comprend au moins une inductance de stockage et au moins une cellule de commutation ;- the switching circuit comprises at least one storage inductor and at least one switching cell;

- lorsque ladite cellule de commutation est dans un état fermé, l’inductance de stockage soit en série avec une inductance du premier circuit de filtrage, avec une inductance du deuxième circuit de filtrage, et avec la source de tension ;- when said switching cell is in a closed state, the storage inductance is in series with an inductance of the first filter circuit, with an inductance of the second filter circuit, and with the voltage source;

- le système comprend en outre au moins une deuxième source de tension continue, la première sortie et la deuxième sortie du module étant montées en série ou en parallèle avec la deuxième source de tension continue ; et- the system further comprises at least one second DC voltage source, the first output and the second output of the module being connected in series or in parallel with the second DC voltage source; and

- le système comprend au moins un deuxième module structurellement analogue au module et destiné à être connecté en entrée à au moins une deuxième source de tension adaptée pour délivrer une deuxième tension d’entrée continue, le deuxième module étant adapté pour transformer la deuxième tension d’entrée en une deuxième tension de sortie continue entre une première sortie et deuxième sortie du deuxième module, la première sortie et la deuxième sortie du deuxième module étant montées en série ou en parallèle avec la première sortie et la deuxième sortie du module.- the system comprises at least one second module structurally analogous to the module and intended to be connected at the input to at least one second voltage source adapted to deliver a second DC input voltage, the second module being adapted to transform the second voltage d entry into a second DC output voltage between a first output and second output of the second module, the first output and the second output of the second module being connected in series or in parallel with the first output and the second output of the module.

L’invention a également pour objet un procédé de conversion mettant en œuvre un système tel que décrit ci-dessus,The invention also relates to a conversion method implementing a system as described above,

- le module étant connecté à la source de tension délivrant la tension d’entrée pour transformer la tension d’entrée en la tension de sortie, ou- the module being connected to the voltage source delivering the input voltage to transform the input voltage into the output voltage, or

- le système comprenant une pluralité de modules structurellement analogues entre eux et respectivement connectés à des sources de tension délivrant des tensions d’entrée, chacun des modules délivrant une tension de sortie continue, les modules étant connectés pour que leurs tensions de sortie respectives soient en série ou en parallèle les unes des autres. - the system comprising a plurality of modules structurally analogous to one another and respectively connected to voltage sources delivering input voltages, each of the modules delivering a DC output voltage, the modules being connected so that their respective output voltages are in series or parallel to each other.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :The invention will be better understood on reading the following description, given solely by way of example, and made with reference to the appended drawings, in which:

la figure 1 est une représentation schématique d’un système selon l’invention, comprenant une pluralité de modules structurellement analogues entre eux et respectivement connectés à des sources de tension délivrant des tensions d’entrée, les modules étant connectés pour mettre leurs tensions de sortie respectives en série pour débiter dans une charge, FIG. 1 is a schematic representation of a system according to the invention, comprising a plurality of modules structurally analogous to one another and respectively connected to voltage sources delivering input voltages, the modules being connected to set their output voltages respective in series to deliver in a load,

la figure 2 est un circuit électrique illustrant la structure commune aux modules représentés sur la figure 1, Figure 2 is an electrical circuit illustrating the structure common to the modules shown in Figure 1,

la figure 3 est un circuit hacheur élévateur de tension (en anglais « boost ») dont dérive le circuit de commutation de la structure représentée sur la figure 2, FIG. 3 is a voltage-raising chopper circuit (“boost”) from which the switching circuit of the structure represented in FIG. 2 derives,

la figure 4 est un circuit analogue à celui représenté sur la figure 2, montrant en outre le fonctionnement des modules lors de deux phases correspondant respectivement à la fermeture et à l’ouverture de la cellule de commutation du circuit de commutation du module, FIG. 4 is a circuit similar to that represented in FIG. 2, further showing the operation of the modules during two phases corresponding respectively to the closing and the opening of the switching cell of the switching circuit of the module,

la figure 5 représente une variante du module représenté sur les figures 2 et 4, Figure 5 shows a variant of the module shown in Figures 2 and 4,

la figure 6 est un graphique montrant l’évolution du ratio de la tension de sortie divisée par la tension d’entrée du module représenté sur les figures 2 et 4 en fonction d’un rapport cyclique du circuit de commutation, et en comparaison de ce que permet le circuit hacheur classique représenté sur la figure 3, le rapport entre la résistance de charge et la résistance d’une induction de stockage du circuit de commutation étant égal à 5000, FIG. 6 is a graph showing the evolution of the ratio of the output voltage divided by the input voltage of the module represented in FIGS. 2 and 4 as a function of a duty cycle of the switching circuit, and in comparison with this that allows the conventional chopper circuit shown in Figure 3, the ratio between the load resistance and the resistance of a storage induction of the switching circuit being equal to 5000,

[Fig 8] les figures 7 et 8 sont des graphiques analogues à celui représenté sur la figure 6, le rapport de la résistance de charge divisée par la résistance de l’inductance de stockage étant égal respectivement à 100 et à 10, [Fig 8] Figures 7 and 8 are graphs similar to that shown in Figure 6, the ratio of the load resistance divided by the resistance of the storage inductor being equal to 100 and 10 respectively,

la figure 9 est un graphique illustrant l’efficacité énergétique du système représenté sur la figure 1 réduit à trois modules et trois sources de tension, en comparaison avec un système dans lequel chacun des modules est remplacé par le circuit hacheur classique représenté sur la figure 3, Figure 9 is a graph illustrating the energy efficiency of the system shown in Figure 1 reduced to three modules and three voltage sources, compared to a system in which each of the modules is replaced by the conventional chopper circuit shown in Figure 3 ,

la figure 10 est un graphique représentant l’évolution du ratio de la tension de sortie de ce système à trois modules divisée par la somme des tensions d’entrée, et également en comparaison avec le système à trois circuits hacheurs classiques, FIG. 10 is a graph representing the evolution of the ratio of the output voltage of this system with three modules divided by the sum of the input voltages, and also in comparison with the system with three conventional chopper circuits,

la figure 11 est un graphique représentant la tension de sortie générée par le module représenté sur la figure 2, et Figure 11 is a graph showing the output voltage generated by the module shown in Figure 2, and

la figure 12 est un graphique représentant la tension de sortie du hacheur classique représenté sur la figure 3 dans les mêmes conditions de fonctionnement. Fig. 12 is a graph showing the output voltage of the conventional chopper shown in Fig. 3 under the same operating conditions.

En référence à la figure 1, on décrit un système 1 selon l’invention.With reference to FIG. 1, a system 1 according to the invention is described.

Le système 1 est un système électronique de puissance adapté pour qu’une pluralité de sources de tension S1, S2, … Sn puissent travailler ensemble pour débiter une puissance électrique dans une charge Rch, par exemple une résistance électrique.System 1 is a power electronic system adapted so that a plurality of voltage sources S1, S2, ... Sn can work together to deliver electrical power to a load Rch, for example an electrical resistor.

Le système 1 comprend une pluralité de modules CV1, CV2, … CVn connectés respectivement en entrée aux sources de tension S1… Sn.The system 1 comprises a plurality of modules CV1, CV2, … CVn respectively connected at the input to the voltage sources S1… Sn.

Par « connecté », on entend dans le présent document « connecté électriquement » lorsqu’il s’agit de composants électriques ou électroniques, ou de points de contact (tels que des entrées ou des sorties).By “connected”, we mean in this document “electrically connected” when it comes to electrical or electronic components, or contact points (such as inputs or outputs).

Chacune des sources de tension Si, i étant un entier compris entre 1 et n, est adaptée pour délivrer une tension d’entrée Uei continue entre une borne positive AAi et une borne négative BBi. Chacune des sources de tension Si est par exemple directement une source de tension continue, ou, en variante, comprend une source de tension alternative et un redresseur.Each of the voltage sources Si, i being an integer between 1 and n, is adapted to deliver a continuous input voltage Uei between a positive terminal AAi and a negative terminal BBi. Each of the voltage sources Si is for example directly a DC voltage source, or, as a variant, comprises an AC voltage source and a rectifier.

Les sources de tension Si comprennent par exemple des panneaux solaires, ou des générateurs de puissance électrique faisant partie d’une hydrolienne (dispositif non représenté capable de convertir la puissance d’un flux liquide en une puissance électrique).The voltage sources Si include, for example, solar panels, or electrical power generators forming part of a tidal turbine (device not shown capable of converting the power of a liquid flow into electrical power).

Les tensions Uei (avec i = 1, 2…n) sont des tensions continues au sens électrique du terme, c’est-à-dire qu’elles ne sont pas alternatives. Elles ne sont pas pour autant constantes.The voltages Uei (with i = 1, 2…n) are DC voltages in the electrical sense of the term, i.e. they are not alternating. However, they are not constant.

Chacun des modules CVi est connecté en entrée aux bornes AAi et BBi de la source de tension Si. Chacun des modules CVi est adapté pour délivrer une tension de sortie Usi entre une première sortie CCi et une deuxième sortie DDi du module.Each of the modules CVi is connected at the input to the terminals AAi and BBi of the voltage source Si. Each of the modules CVi is suitable for delivering an output voltage Usi between a first output CCi and a second output DDi of the module.

Les modules CVi sont avantageusement connectés les uns aux autres pour que les tensions de sortie Usi soient en série les unes par rapport aux autres et que leur somme forme une tension de sortie Us du système 1 aux bornes de la charge Rch.The modules CVi are advantageously connected to each other so that the output voltages Usi are in series with each other and their sum forms an output voltage Us of the system 1 at the terminals of the load Rch.

Chacune des sources de tension Si est adaptée pour envoyer un courant Ii dans le module CVi et pour recevoir de ce module le même courant.Each of the voltage sources Si is adapted to send a current Ii into the module CVi and to receive the same current from this module.

Le système 1 est adapté pour faire circuler un courant I dans la charge Rch.The system 1 is adapted to cause a current I to flow in the load Rch.

Le courant I sort du module CV1 par la première sortie CC1, traverse la charge Rch, puis entre dans le module CVn par la deuxième sortie DDn.The current I leaves the module CV1 by the first output CC1, crosses the load Rch, then enters the module CVn by the second output DDn.

Chacune des deuxièmes sorties DDi est connectée directement à la première sortie CCi+1 et reçoit le courant I de cette première sortie. Dit autrement, la deuxième sortie d’un module est connectée à la première sortie du module voisin situé en dessous sur la figure 1.Each of the second outputs DDi is connected directly to the first output CCi+1 and receives the current I from this first output. In other words, the second output of a module is connected to the first output of the neighboring module located below in figure 1.

La figure 1 illustre donc un montage en série du côté de la sortie des modules CVi.FIG. 1 therefore illustrates a series connection on the output side of the CVi modules.

Selon une variante non représentée, les sorties des modules CVi sont connectés en parallèle les unes des autres. Les tensions de sortie Usi sont alors égales les unes aux autres et les courants qui sortent des modules CVi par les premières sorties CCi s’additionnent, leur somme traversant la charge Rch.According to a variant not shown, the outputs of the CVi modules are connected in parallel with each other. The output voltages Usi are then equal to each other and the currents which leave the modules CVi by the first outputs CCl are added, their sum passing through the load Rch.

Selon une autre variante non représentée, le système 1 ne comprend que le module CV1 et la source de tension S1. Dans ce cas le module CV1 est simplement adapté pour convertir la tension d’entrée Ue1 en la tension de sortie Us1.According to another variant not represented, the system 1 comprises only the module CV1 and the voltage source S1. In this case, the CV1 module is simply adapted to convert the input voltage Ue1 into the output voltage Us1.

Selon une autre variante encore (non représentée), le système 1 comprend le module CV1, la source de tension S1, et la source de tension S2, la tension d’entrée Ue2 étant montée en série ou en parallèle directement avec la tension de sortie Us1.According to yet another variant (not shown), the system 1 comprises the module CV1, the voltage source S1, and the voltage source S2, the input voltage Ue2 being mounted in series or in parallel directly with the output voltage Us1.

Selon des modes de réalisation particuliers, le système 1 comprend deux, trois ou plus de modules CVi.According to particular embodiments, the system 1 comprises two, three or more CVi modules.

Dans l’exemple représenté sur la figure 1, les modules CVi sont structurellement analogues les uns aux autres, aussi seul le module CV1 sera décrit en détail ci-après en référence à la figure 2.In the example shown in Figure 1, the CVi modules are structurally similar to each other, so only the CV1 module will be described in detail below with reference to Figure 2.

Le module CV1 comprend un circuit de commutation 3, un premier circuit de filtrage 5, et un deuxième circuit de filtrage 7.Module CV1 includes a switching circuit 3, a first filter circuit 5, and a second filter circuit 7.

Le circuit de commutation 3 est circuit de découpage de la tension d'entrée et donnant à sa sortie une tension de valeur moyenne différente.The switching circuit 3 is a circuit for switching the input voltage and giving at its output a voltage of different mean value.

Le circuit de commutation 3 comporte deux entrées E1 et E2 connectées respectivement à la borne positive AA1 et à la borne négative BB1 de la source de tension S1. Le circuit de commutation 3 comprend également une première sortie E3 et une deuxième sortie E4.Switching circuit 3 comprises two inputs E1 and E2 connected respectively to positive terminal AA1 and to negative terminal BB1 of voltage source S1. Switching circuit 3 also includes a first output E3 and a second output E4.

Dans l’exemple représenté, le circuit de commutation 3 est analogue au circuit hacheur « boost » représenté sur la figure 3, si ce n’est que la deuxième sortie E4 n’est pas directement connectée à la deuxième entrée E2. En effet, dans le module CV1, la deuxième sortie E4 est connectée à la première entrée E2 et à la borne négative BB1 seulement indirectement, via le premier circuit de filtrage 5 et le deuxième circuit de filtrage 7.In the example shown, the switching circuit 3 is analogous to the "boost" chopper circuit shown in Figure 3, except that the second output E4 is not directly connected to the second input E2. Indeed, in the module CV1, the second output E4 is connected to the first input E2 and to the negative terminal BB1 only indirectly, via the first filter circuit 5 and the second filter circuit 7.

Le circuit de commutation 3 forme néanmoins un circuit hacheur adapté pour délivrer une tension hachée entre le point médian E5 et la deuxième sortie E4. La tension Un entre la première sortie E3 et la deuxième sortie E4 est lissée par le condensateur Cdc2.The switching circuit 3 nevertheless forms a chopper circuit suitable for delivering a chopped voltage between the midpoint E5 and the second output E4. Voltage Un between first output E3 and second output E4 is smoothed by capacitor Cdc2.

Dans l’exemple représenté, le circuit de commutation 3 comprend une inductance de stockage L et une diode D montées en série entre la première entrée E1 et la première sortie E3, ces deux éléments définissant entre eux un point médian E5. Le circuit de commutation comprend également une cellule de commutation K disposée entre le point médian E5 et la deuxième sortie E4, un condensateur Cdc2 reliant la première sortie E3 et la deuxième sortie E4, et optionnellement un condensateur Cdc1 reliant la première entrée E1 et la deuxième entrée E2.In the example represented, the switching circuit 3 comprises a storage inductor L and a diode D connected in series between the first input E1 and the first output E3, these two elements defining between them a midpoint E5. The switching circuit also comprises a switching cell K arranged between the midpoint E5 and the second output E4, a capacitor Cdc2 connecting the first output E3 and the second output E4, and optionally a capacitor Cdc1 connecting the first input E1 and the second E2 input.

L’inductance de stockage L possède une résistance interne RL et est située entre la première entrée E1 et le point médian E5.The storage inductor L has an internal resistance RL and is located between the first input E1 and the midpoint E5.

La diode D est située entre la première sortie E3 et le point médian E5. La diode D est une diode de puissance.Diode D is located between the first output E3 and the midpoint E5. Diode D is a power diode.

La cellule de commutation K est par exemple un composant MOSFET, IGBT, bipolaire ou GTO commandé par un circuit non représenté.The switching cell K is for example a MOSFET, IGBT, bipolar or GTO component controlled by a circuit not shown.

Les circuits de filtrages 5, 7 sont par exemple des filtres passe-tout, qui gardent le gain en tension constant, et introduisent un déphasage en fonction de la fréquence de la tension d’entrée.The filter circuits 5, 7 are for example all-pass filters, which keep the voltage gain constant, and introduce a phase shift as a function of the frequency of the input voltage.

Le premier circuit de filtrage 5 et le deuxième circuit de filtrage 7 sont par exemple montés en cascade. Ils comprennent respectivement plusieurs inductances L1, L2, L3, L4 et plusieurs capacités C1, C2, C3, C4, et sont de préférence des circuits « LC », c’est-à-dire qu’ils ne comprennent pas d’autres composants que des inductances et des capacités.The first filter circuit 5 and the second filter circuit 7 are for example mounted in cascade. They respectively comprise several inductors L1, L2, L3, L4 and several capacitors C1, C2, C3, C4, and are preferably "LC" circuits, that is to say they do not include other components as inductors and capacitors.

Avantageusement, le premier circuit de filtrage 5 et le deuxième circuit de filtrage 7 sont structurellement analogues l’un à l’autre.Advantageously, the first filter circuit 5 and the second filter circuit 7 are structurally similar to each other.

Le premier circuit de filtrage 5 possède une première entrée E6 connectée à la première sortie E3 du circuit de commutation 3, et une deuxième entrée E7 reliée, de préférence directement, à la borne négative BB1de la source de tension S1. Le premier circuit de filtrage possède également une première sortie E8 et une deuxième sortie E9 respectivement reliées, de préférence directement, à une première entrée E10 et une deuxième entrée E11 du deuxième circuit de filtrage 7 (montage en cascade).The first filter circuit 5 has a first input E6 connected to the first output E3 of the switching circuit 3, and a second input E7 connected, preferably directly, to the negative terminal BB 1 of the voltage source S 1 . The first filter circuit also has a first output E8 and a second output E9 respectively connected, preferably directly, to a first input E10 and a second input E11 of the second filter circuit 7 (cascade connection).

Le deuxième circuit de filtrage 7 comporte une première sortie E12 reliée, de préférence directement, à la première sortie CC1 du module CV1, et une deuxième sortie E13 reliée, de préférence directement, à la deuxième sortie E4 du circuit de commutation 3.The second filter circuit 7 comprises a first output E12 connected, preferably directly, to the first output CC1 of the module CV1, and a second output E13 connected, preferably directly, to the second output E4 of the switching circuit 3.

La première sortie E9 du premier circuit de filtrage 5 et la première entrée E11 du deuxième circuit de filtrage 7 sont directement reliées, de préférence directement, à la deuxième sortie DD1 du module CV1.The first output E9 of the first filter circuit 5 and the first input E11 of the second filter circuit 7 are directly connected, preferably directly, to the second output DD1 of the module CV1.

Le premier circuit de filtrage 5 comprend par exemple une première branche 9 reliant directement sa première entrée E6 à sa première sortie E8 et comprenant l’inductance L1. Le premier circuit de filtrage comprend aussi par exemple une deuxième branche 11 reliant directement sa deuxième entrée E7 à sa deuxième sortie E9 et comprenant l’inductance L2.The first filter circuit 5 comprises for example a first branch 9 directly connecting its first input E6 to its first output E8 and comprising the inductance L1. The first filter circuit also includes, for example, a second branch 11 directly connecting its second input E7 to its second output E9 and including inductance L2.

Le premier circuit de filtrage 5 comprend par exemple une troisième branche 13 reliant directement sa première entrée E6 à sa deuxième sortie E9 et comportant le condensateur C2, et par exemple une quatrième branche 15 reliant directement sa deuxième entrée E7 à sa première sortie E8 et comportant le condensateur C1.The first filter circuit 5 comprises for example a third branch 13 directly connecting its first input E6 to its second output E9 and comprising the capacitor C2, and for example a fourth branch 15 directly connecting its second input E7 to its first output E8 and comprising capacitor C1.

Dans l’exemple représenté, les circuits de filtrage 5, 7 sont dits en « X », du fait de leurs troisièmes branches et quatrièmes branches qui se croisent.In the example represented, the filter circuits 5, 7 are said to be in “X”, because of their third branches and fourth branches which intersect.

Les inductances L1 et L2 ont avantageusement la même valeur (en mH), de même que les condensateurs C1 et C2 (en μF).The inductors L1 and L2 advantageously have the same value (in mH), as do the capacitors C1 and C2 (in μF).

De même, le deuxième circuit de filtrage 7 comprend une première branche 17, une deuxième branche 19, une troisième branche 21 et une quatrième branche 23 analogues à celles du premier circuit de filtrage 5 et comportant respectivement l’inductance L3, l’inductance L4, le condensateur C4 et le condensateur C3.Similarly, the second filter circuit 7 comprises a first branch 17, a second branch 19, a third branch 21 and a fourth branch 23 similar to those of the first filter circuit 5 and respectively comprising the inductance L3, the inductance L4 , capacitor C4 and capacitor C3.

Les inductances L3 et L4 sont avantageusement de même valeur, par exemple la même que celle des inductances L1, L2.The inductances L3 and L4 are advantageously of the same value, for example the same as that of the inductances L1, L2.

Les condensateurs C3 et C4 sont avantageusement de même valeur, par exemple celle des condensateurs C1 et C2.Capacitors C3 and C4 are advantageously of the same value, for example that of capacitors C1 and C2.

Selon des variantes non représentées, un ou plusieurs circuits de filtrage additionnels, par exemple des circuits « LC », sont intercalés entre les circuits de filtrage 5 et 7, ou entre les sorties CC1, DD1 et le circuit de filtrage 7.According to variants not shown, one or more additional filter circuits, for example “LC” circuits, are interposed between the filter circuits 5 and 7, or between the outputs CC1, DD1 and the filter circuit 7.

Le fonctionnement du système 1 va maintenant être décrit.The operation of system 1 will now be described.

Les modules CV1-CVi fonctionnent de manière similaire les uns aux autres, aussi seul le fonctionnement du module CV1 est décrit ci-après.The CV1-CVi modules operate similarly to each other, so only the operation of the CV1 module is described below.

La cellule de commutation K est commandée pour être cycliquement fermée pendant un temps Tc, pendant laquelle elle est conductrice, et ouverte pendant un temps To, pendant laquelle elle est bloquée (non conductrice).The switching cell K is controlled to be cyclically closed for a time Tc, during which it is conductive, and open for a time To, during which it is blocked (non-conductive).

Le rapport cyclique α1 du signal de commande est défini par α1 = Tc/(Tc+To).The duty cycle α1 of the control signal is defined by α1=Tc/(Tc+To).

Le ratio entre la tension de sortie Us1 et la tension d’entrée Ue1 est une fonction du rapport cyclique α1.The ratio between the output voltage Us1 and the input voltage Ue1 is a function of the duty cycle α1.

Lorsque le ratio de la résistance de charge Rch divisé par la résistance interne RL de l’inductance de stockage L est très grand, la relation entre les tensions d’entrée et de sortie est de la forme Us1/Ue1 = 1/(1- α1).When the ratio of the load resistance Rch divided by the internal resistance RL of the storage inductor L is very large, the relationship between the input and output voltages is of the form Us1/Ue1 = 1/(1- α1).

Ainsi, en jouant sur la commande de la cellule de commutation K, on obtient la tension de sortie Us1 désirée.Thus, by acting on the control of the switching cell K, the desired output voltage Us1 is obtained.

Les circuits de filtrage 5, 7 ont pour effet de stabiliser la tension de sortie Us1 par rapport à une situation où ils seraient absents. Ils ont aussi pour effet de réduire les pertes d’énergie comme on le verra dans un exemple ci-après.The filter circuits 5, 7 have the effect of stabilizing the output voltage Us1 with respect to a situation where they would be absent. They also have the effect of reducing energy losses as will be seen in an example below.

Lorsque la cellule de commutation K est dans un état fermé, l’inductance de stockage L est en série avec les inductances L4 et L2 appartenant respectivement au deuxième circuit de filtrage et au premier circuit de filtrage. Dit autrement, le courant s’écoule dans le module CV1 comme représenté sur la figure 4 depuis la borne positive AA1 jusqu’à la borne négative BB1 en passant successivement par l’inductance de stockage L, la cellule de commutation K, l’inductance L4 et l’inductance L2 suivant les flèches épaisses représentées sur la figure 4. Ceci charge en énergie l’inductance de stockage L et les inductances L2 et L4.When the switching cell K is in a closed state, the storage inductance L is in series with the inductors L4 and L2 belonging respectively to the second filter circuit and to the first filter circuit. In other words, the current flows in the CV1 module as shown in Figure 4 from the positive terminal AA1 to the negative terminal BB1 passing successively through the storage inductance L, the switching cell K, the inductance L4 and inductance L2 according to the thick arrows represented in FIG. 4. This charges the storage inductance L and the inductors L2 and L4 with energy.

Lorsque la cellule de commutation K est dans un état ouvert, le courant traverse toute la ligne supérieure du module CV1, c’est-à-dire successivement l’inductance de stockage L, la diode D, l’inductance L1 et l’inductance L3 suivant les flèches plus fines représentées sur la figure 4. Le courant revient de la deuxième sortie DD1 jusqu’à la borne négative BB1 en passant par l’inductance L2 suivant les flèches fines représentées sur la figure 4.When the switching cell K is in an open state, the current crosses the entire upper line of the module CV1, that is to say successively the storage inductor L, the diode D, the inductor L1 and the inductor L3 following the finer arrows shown in figure 4. The current returns from the second output DD1 to the negative terminal BB1 passing through the inductance L2 following the fine arrows shown in figure 4.

En commandant les cellules de commutation K de chacun des modules CVi, on règle les rapports cycliques αi de chacun des modules CVi pour ajuster les tensions de sorties Usi à des valeurs prédéterminées.By controlling the switching cells K of each of the modules CVi, the duty cycles αi of each of the modules CVi are adjusted to adjust the output voltages Usi to predetermined values.

Ainsi, en faisant varier le rapport cyclique αi de chacun des modules CVi, il est possible d’ajuster la tension de sortie Us du système 1. Il est ainsi possible, par exemple, de fixer la valeur de la tension de sortie Us.Thus, by varying the duty cycle αi of each of the modules CVi, it is possible to adjust the output voltage Us of system 1. It is thus possible, for example, to fix the value of the output voltage Us.

Selon un mode particulier de fonctionnement, tous les rapports cycliques αi sont égaux à une même valeur α contrôlée pour fixer la tension de sortie Us à une valeur prédéterminée.According to a particular mode of operation, all the duty cycles αi are equal to the same value α controlled to fix the output voltage Us at a predetermined value.

ExempleExample 11

Dans cet exemple, le système 1 selon l’invention comprend seulement la source de tensions S1 et le module CV1. La tension de sortie Us1 alimente la charge Rch. Les valeurs des composants du module CV1 sont données dans le tableau ci-dessous.In this example, the system 1 according to the invention comprises only the voltage source S1 and the module CV1. The output voltage Us1 supplies the load Rch. The values of the components of the CV1 module are given in the table below.

On compare le système 1 à un système de référence analogue au système 1, mais dans lequel le module CV1 est remplacé par le circuit hacheur « boost » classique représenté sur la figure 3. Les composants du circuit hacheur « boost » ont les mêmes valeurs que les composants du circuit de commutation 3.System 1 is compared to a reference system similar to system 1, but in which module CV1 is replaced by the conventional “boost” chopper circuit represented in FIG. 3. The components of the “boost” chopper circuit have the same values as switching circuit components 3.

ElémentElement DésignationName ValeurValue DénominationDenomination RemarqueRemark Circuits de filtrage 5, 7Filter circuits 5, 7 L1, L2, L3, L4L1, L2, L3, L4 10 µH10µH InductancesInductors RL1, RL2, RL3, RL4RL1, RL2, RL3, RL4 1 mΩ1mΩ Résistances internes des inductancesInternal resistances of inductors C1, C2, C3, C4C1, C2, C3, C4 33 µF33uF CapacitésAbilities Circuit de commutation 3ouCircuit hacheur « boost » classiqueSwitching circuit 3 or Classic “boost” chopper circuit LL 500 µH500µH Inductance de stockageStorage inductance RLRL 1 mΩ50 mΩ puis 500 mΩ1 mΩ50 mΩ then 500 mΩ Résistance interne de l'inductance de stockageStorage Inductor Internal Resistance Cdc1Cdc1 1500 µF1500uF Condensateur d'entréeInput capacitor Cdc2Cdc2 60 µF60µF Condensateur de sortie du circuit de commutationSwitching circuit output capacitor Filtre de sortie « LC »“LC” output filter Lflf 60 µH60µH Inductance du filtreFilter inductance Utilisé en sortie du système de référence.Used at the output of the reference system. RfRF 1 mΩ1mΩ Résistance interne de l'inductanceInternal resistance of the inductor CfSee 47 µF47µF Capacité du filtreFilter capacity Sources de tensionSources of voltage S1S1 48 V48V Source de tensionVoltage source S2S2 24 V24V Source de tensionVoltage source S3S3 12 V12V Source de tensionVoltage source ChargeCharged RchRch 5 Ω ChargeCharged

Tableau 1 – Valeur des composants dans lTable 1 – Value of components in l esare exemplesexamples

Sur la figure 6, le ratio Rch/RL est de 5000, la valeur de RL étant de 1 mΩ. La courbe C1 montre l’évolution du ratio Us/Ue du système 1 en fonction du rapport cyclique, tandis que la courbe C2 montre le ratio Us/Ue du système de référence.In FIG. 6, the ratio Rch/RL is 5000, the value of RL being 1 mΩ. Curve C1 shows the evolution of the Us/Ue ratio of system 1 as a function of the duty cycle, while curve C2 shows the Us/Ue ratio of the reference system.

Sur la figure 7, le ratio Rch/RL est de 100, la valeur de RL étant de 50 mΩ. La courbe C3 montre l’évolution du ratio Us/Ue du système 1, tandis que la courbe C4 montre le ratio Us/Ue du système de référence.In FIG. 7, the ratio Rch/RL is 100, the value of RL being 50 mΩ. Curve C3 shows the evolution of the Us/Ue ratio of system 1, while curve C4 shows the Us/Ue ratio of the reference system.

Sur la figure 8, le ratio Rch/RL est de 10, la valeur de RL étant de 500 mΩ. La courbe C5 montre l’évolution du ratio Us/Ue du système 1, tandis que la courbe C6 montre le ratio Us/Ue du système de référence.In FIG. 8, the ratio Rch/RL is 10, the value of RL being 500 mΩ. Curve C5 shows the evolution of the Us/Ue ratio of system 1, while curve C6 shows the Us/Ue ratio of the reference system.

Comme on peut le constater, les courbes C1, C3 et C5 sont respectivement proches des courbes C2, C4 et C6, mais sont situées au-dessus. Ceci prouve que le système selon l’invention a bien un effet élévateur de tension, légèrement meilleur que celui du système de référence pour des composants de mêmes valeurs et dans des conditions de fonctionnement comparables.As can be seen, curves C1, C3 and C5 are respectively close to curves C2, C4 and C6, but are located above. This proves that the system according to the invention indeed has a voltage-raising effect, slightly better than that of the reference system for components of the same values and under comparable operating conditions.

ExempleExample 22

Dans cet exemple, le système 1 selon l’invention comprend trois sources de tensions S1, S2, S3 et trois module CV1, CV2, CV3 analogues entre eux et ayant le même rapport cyclique. Les tensions de sortie Us1, Us2, Us3 sont en série et alimentent la charge Rch. Les valeurs des composants des modules sont les mêmes que dans l’exemple 1 et données par le tableau ci-dessus.In this example, the system 1 according to the invention comprises three voltage sources S1, S2, S3 and three modules CV1, CV2, CV3 analogous to each other and having the same duty cycle. The output voltages Us1, Us2, Us3 are in series and supply the load Rch. The values of the components of the modules are the same as in example 1 and given by the table above.

On compare le système 1 à un système de référence analogue au système 1, mais dans lequel les modules CV1, CV2, CV3 sont remplacés respectivement par le circuit hacheur « boost » représenté sur la figure 3. Les composants des circuits hacheurs « boost » ont les mêmes valeurs que les composants du circuit de commutation 3.System 1 is compared to a reference system similar to system 1, but in which the modules CV1, CV2, CV3 are respectively replaced by the “boost” chopper circuit represented in FIG. 3. The components of the “boost” chopper circuits have the same values as the components of switching circuit 3.

Toutefois, les tensions de sortie Us1, Us2, Us3 étant très instables dans le système de référence, un filtre « LC » (non représenté) a été ajouté en sortie du système 1. Ce filtre comprend une inductance Lf montée entre la première sortie CC1 et la charge Rch, et une capacité Cf montée en parallèle de la charge Rch entre la première sortie CC1 et la deuxième sortie DD3 (du troisième circuit hacheur « boost »). Le tout forme un filtre passe bas.However, the output voltages Us1, Us2, Us3 being very unstable in the reference system, an "LC" filter (not shown) has been added at the output of system 1. This filter comprises an inductance Lf mounted between the first output CC1 and the load Rch, and a capacitor Cf mounted in parallel with the load Rch between the first output CC1 and the second output DD3 (of the third "boost" chopper circuit). The whole forms a low pass filter.

Sur la figure 9, la courbe C7 représente l’évolution du rendement énergétique, en %, du système 1 en fonction du rapport cyclique, avec un ratio Rch/RL de 100. La courbe C8 représente l’évolution du rendement énergétique du système de référence dans les mêmes conditions. Dans les deux cas, le rendement est calculé comme la puissance Us.Is fournie en sortie à la charge Rch, divisée par la somme des puissance Ue1.Is1 + Ue2.Is2 + Ue3.Is3 fournies en entrée par les sources S1, S2, S3. La courbe C9 représente la différence entre les courbes C7 et C8.In FIG. 9, curve C7 represents the evolution of the energy efficiency, in %, of system 1 as a function of the duty cycle, with an Rch/RL ratio of 100. Curve C8 represents the evolution of the energy efficiency of the system of reference under the same conditions. In both cases, the efficiency is calculated as the power Us.Is supplied as output to the load Rch, divided by the sum of the powers Ue1.Is1 + Ue2.Is2 + Ue3.Is3 supplied as input by the sources S1, S2, S3. Curve C9 represents the difference between curves C7 and C8.

On constate que le rendement énergétique du système 1 est bien meilleur que celui du système de référence pour des rapports cycliques non nuls. Par exemple, pour un rapport cyclique de 50%, le rendement est plus élevé d’environ 17%.It can be seen that the energy efficiency of system 1 is much better than that of the reference system for non-zero duty cycles. For example, for a duty cycle of 50%, the efficiency is higher by about 17%.

Sur la figure 10, la courbe C10 montre l’évolution du ratio Us/Ue du système 1, tandis que la courbe C11 montre le ration Us/Ue du système de référence. On constate que l’effet élévateur de tension du système 1 est meilleur que celui du système de référence.In figure 10, curve C10 shows the evolution of the Us/Ue ratio of system 1, while curve C11 shows the Us/Ue ratio of the reference system. It can be seen that the voltage-raising effect of system 1 is better than that of the reference system.

Exemple 3Example 3

Afin de montrer l’effet stabilisateur des circuits de filtrage 5 et 7, le système 1 de l’exemple 1 a été repris (une seule source de tension S1, un seul module CV1) et comparé à nouveau au système de référence de l’exemple 1. Toutefois, une tension d’entrée Ue1 de 50V a été utilisée, et la fréquence de commutation de la cellule K a été abaissée de 30 à 3 kHz pour accentuer les ondulations. Le rapport cyclique est de 50%. Le ratio Rch/RL vaut 100.In order to show the stabilizing effect of filter circuits 5 and 7, system 1 of example 1 has been taken (a single voltage source S1, a single module CV1) and compared again with the reference system of the example 1. However, an input voltage Ue1 of 50V was used, and the switching frequency of cell K was lowered from 30 to 3 kHz to accentuate the ripples. The duty cycle is 50%. The Rch/RL ratio is 100.

Sur la figure 11, la courbe C12 montre l’évolution de la tension de sortie Us du système 1 selon l’invention en fonction du temps, avec des oscillations d’amplitude ΔU1. La courbe C13 montre l’évolution de la tension de sortie Us du système de référence, avec des oscillations d’amplitude ΔU2 beaucoup plus fortes. Ceci démontre que le module selon l’invention fournit une tension de sortie plus stable, toutes choses égales par ailleurs.In FIG. 11, curve C12 shows the evolution of the output voltage Us of system 1 according to the invention as a function of time, with oscillations of amplitude ΔU1. Curve C13 shows the evolution of the output voltage Us of the reference system, with much stronger oscillations of amplitude ΔU2. This demonstrates that the module according to the invention provides a more stable output voltage, all other things being equal.

Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, en particulier les deux circuits de filtrage 5, 7, les modules CVi selon l’invention permettent de réduire l’instabilité des tensions de sortie Usi, et augmentent le rendement énergétique.Thanks to the characteristics described above, in particular the two filter circuits 5, 7, the modules CVi according to the invention make it possible to reduce the instability of the output voltages Usi, and increase the energy efficiency.

En référence à la figure 5, on décrit un module 100 selon une variante de l’invention. Le module 100 est analogue au module CV1 représenté sur la figure 2. Les éléments similaires portent les mêmes références alphanumériques et ne seront pas décrits à nouveau. Seule les différences seront décrites ci-après.With reference to FIG. 5, a module 100 according to a variant of the invention is described. Module 100 is similar to module CV1 shown in FIG. 2. Similar elements bear the same alphanumeric references and will not be described again. Only the differences will be described below.

Le module 100 comprend un circuit de commutation 103 distinct du circuit de commutation 3 représenté sur la figure 2. En effet, le circuit de commutation 103 dérive d’un circuit hacheur élévateur-abaisseur de tension classique, dit « buck-boost » en anglais. Toutefois, dans le circuit de commutation 103, comme dans le circuit de commutation 3, la deuxième sortie E4 n’est pas directement reliée à la deuxième entrée E2. Lorsque les deux cellules de commutation K1 et K2 sont fermées, l’inductance de stockage L est en série avec les inductances L2 et L4 des circuits de filtrage 5 et 7.The module 100 comprises a switching circuit 103 distinct from the switching circuit 3 represented in FIG. . However, in the switching circuit 103, as in the switching circuit 3, the second output E4 is not directly connected to the second input E2. When the two switching cells K1 and K2 are closed, the storage inductance L is in series with the inductors L2 and L4 of the filter circuits 5 and 7.

Le circuit 103 comporte deux cellules de commutation K1 et K2 et deux diodes D1 et D2. Ceci permet d’élever ou d’abaisser la tension entre la première sortie E3 et la deuxième sortie E4 en fonction des rapports cycliques de ces cellules de commutation.Circuit 103 comprises two switching cells K1 and K2 and two diodes D1 and D2. This makes it possible to raise or lower the voltage between the first output E3 and the second output E4 according to the duty cycles of these switching cells.

Le module 100 fonctionne de manière analogue au module CV1 et présente les mêmes avantages en terme de stabilité et rendement énergétique.Module 100 operates in a similar way to module CV1 and has the same advantages in terms of stability and energy efficiency.

Ceci montre par ailleurs l’effet bénéfique inattendu des deux circuits de filtrage 5, 7 en association avec différents types de circuits de commutation.This also shows the unexpected beneficial effect of the two filter circuits 5, 7 in combination with different types of switching circuits.

Selon des modules de réalisation particuliers (non représentés), le module 100 est associé à des modules analogues à lui-même ou à des modules analogues au module CV1 pour réaliser un système analogue au système 1 représenté sur la figure 1, ou à ses variantes évoquées plus haut.According to particular embodiment modules (not shown), the module 100 is associated with modules analogous to itself or to modules analogous to the module CV1 to produce a system analogous to the system 1 represented in FIG. 1, or to its variants mentioned above.

Claims (10)

Système (1) électronique de puissance comprenant au moins un module (CV1 ; 100) adapté pour être connecté à une source de tension (S1) délivrant une tension d’entrée (Ue1) continue entre une borne positive (AA1) et une borne négative (BB1), et pour transformer la tension d’entrée (Ue1) en une tension de sortie (Us1) continue entre une première sortie (CC1) et une deuxième sortie (DD1) du module (CV1 ; 100), le module (CV1 ; 100) comprenant :
- un circuit de commutation (3 ; 103) comportant une première entrée (E1) et une deuxième entrée (E2) destinées à être connectées respectivement à la borne positive (AA1) et à la borne négative (BB1) de la source de tension (S1),
caractérisé en ce que le module (CV1 ; 100) comprend en outre :
- un premier circuit de filtrage (5) ayant une première entrée (E6) connectée à une première sortie (E3) du circuit de commutation (3 ; 103), et une deuxième entrée (E7) destinée à être connectée à la borne négative (BB1) de la source de tension (S1), et
- un deuxième circuit de filtrage (7) ayant une première entrée (E10) connectée à une première sortie (E8) du premier circuit de filtrage (5), une deuxième entrée (E11) connectée à une deuxième sortie (E9) du premier circuit de filtrage (5), une première sortie (E12) connectée à la première sortie (CC1) du module (CV1 ; 100), et une deuxième sortie (E13) connectée à la deuxième sortie (E4) du circuit de commutation (3 ; 103), la deuxième sortie (E9) du premier circuit de filtrage (5) étant en outre connectée à la deuxième sortie (DD1) du module (CV1 ; 100).
Power electronic system (1) comprising at least one module (CV1; 100) adapted to be connected to a voltage source (S1) delivering a DC input voltage (Ue1) between a positive terminal (AA1) and a negative terminal (BB1), and to transform the input voltage (Ue1) into a DC output voltage (Us1) between a first output (CC1) and a second output (DD1) of the module (CV1; 100), the module (CV1 ; 100) comprising:
- a switching circuit (3; 103) comprising a first input (E1) and a second input (E2) intended to be connected respectively to the positive terminal (AA1) and to the negative terminal (BB1) of the voltage source ( S1),
characterized in that the module (CV1; 100) further comprises:
- a first filter circuit (5) having a first input (E6) connected to a first output (E3) of the switching circuit (3; 103), and a second input (E7) intended to be connected to the negative terminal ( BB1) of the voltage source (S1), and
- a second filter circuit (7) having a first input (E10) connected to a first output (E8) of the first filter circuit (5), a second input (E11) connected to a second output (E9) of the first circuit filter (5), a first output (E12) connected to the first output (CC1) of the module (CV1; 100), and a second output (E13) connected to the second output (E4) of the switching circuit (3; 103), the second output (E9) of the first filter circuit (5) being further connected to the second output (DD1) of the module (CV1; 100).
Système (1) selon la revendication 1, dans lequel le premier circuit de filtrage (5) et le deuxième circuit de filtrage (7) sont structurellement analogues l’un à l’autre.A system (1) according to claim 1, wherein the first filter circuit (5) and the second filter circuit (7) are structurally analogous to each other. Système (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier circuit de filtrage (5) et/ou le deuxième circuit de filtrage (7) comprend respectivement plusieurs inductances (L1, L2, L3, L4) et plusieurs capacités (C1, C2, C3, C4), et est de préférence un circuit « LC ».System (1) according to Claim 1 or 2, in which the first filter circuit (5) and/or the second filter circuit (7) comprises respectively several inductances (L1, L2, L3, L4) and several capacitors (C1 , C2, C3, C4), and is preferably an “LC” circuit. Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chacun du premier circuit de filtrage (5) et du deuxième circuit de filtrage (7) comprend :
- une première branche (9, 17) reliant directement sa première entrée (E6, E10) à sa première sortie (E8, E12), et
- une deuxième branche (11, 19) reliant directement sa deuxième entrée (E7, E11) à sa deuxième sortie (E9, E13),
chacune de la première branche (9, 17) et la deuxième branche (11, 19) comprenant au moins une inductance (L1, L2, L3, L4), de préférence de même valeur.
A system (1) according to any of claims 1 to 3, wherein each of the first filter circuit (5) and the second filter circuit (7) comprises:
- a first branch (9, 17) directly connecting its first input (E6, E10) to its first output (E8, E12), and
- a second branch (11, 19) directly connecting its second input (E7, E11) to its second output (E9, E13),
each of the first branch (9, 17) and the second branch (11, 19) comprising at least one inductance (L1, L2, L3, L4), preferably of the same value.
Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chacun du premier circuit de filtrage (5) et du deuxième circuit de filtrage (7) comprend :
- une troisième branche (13, 21) reliant directement sa première entrée (E6, E10) à sa deuxième sortie (E9, E13), et
- une quatrième branche (15, 23) reliant directement sa deuxième entrée (E7, E11) à sa première sortie (E8, E12),
chacune de la troisième branche (13, 21) et la quatrième branche (15, 23) comprenant au moins une capacité (C1, C2, C3, C4), de préférence de même valeur.
A system (1) according to any of claims 1 to 4, wherein each of the first filter circuit (5) and the second filter circuit (7) comprises:
- a third branch (13, 21) directly connecting its first input (E6, E10) to its second output (E9, E13), and
- a fourth branch (15, 23) directly connecting its second input (E7, E11) to its first output (E8, E12),
each of the third branch (13, 21) and the fourth branch (15, 23) comprising at least one capacitor (C1, C2, C3, C4), preferably of the same value.
Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le circuit de commutation (3 ; 103) forme un circuit élévateur de tension ou un circuit élévateur-abaisseur de tension lorsque la deuxième sortie (E4) du circuit de commutation (3; 103) est reliée directement à la borne négative (BB1) de la source de tension (S1).System (1) according to any one of claims 1 to 5, in which the switching circuit (3; 103) forms a voltage boost circuit or a voltage boost-buck circuit when the second output (E4) of the voltage circuit switch (3; 103) is connected directly to the negative terminal (BB1) of the voltage source (S1). Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le circuit de commutation (3 ; 103) comprend au moins une inductance de stockage (L) et au moins une cellule de commutation (K ; K1, K2).System (1) according to any one of claims 1 to 6, in which the switching circuit (3; 103) comprises at least one storage inductance (L) and at least one switching cell (K; K1, K2) . Système (1) selon la revendication 7, configuré pour que, lorsque ladite cellule de commutation (K ; K1, K2) est dans un état fermé, l’inductance de stockage (L1, L2, L3, L4) soit en série avec une inductance (L2) du premier circuit de filtrage (5), avec une inductance (L4) du deuxième circuit de filtrage (7), et avec la source de tension (S1).System (1) according to claim 7, configured so that when said switching cell (K; K1, K2) is in a closed state, the storage inductance (L1, L2, L3, L4) is in series with a inductance (L2) of the first filter circuit (5), with an inductance (L4) of the second filter circuit (7), and with the voltage source (S1). Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, soit :
- comprenant en outre au moins une deuxième source de tension (S2) continue, la première sortie (CC1) et la deuxième sortie (DD1) du module (CV1 ; 100) étant montées en série ou en parallèle avec la deuxième source de tension (S2) continue, ou
- comprenant au moins un deuxième module (CV2) structurellement analogue au module (CV1 ; 100) et destiné à être connecté en entrée à au moins une deuxième source de tension (S2) adaptée pour délivrer une deuxième tension d’entrée (Ue2) continue, le deuxième module (CV2) étant adapté pour transformer la deuxième tension d’entrée (Ue2) en une deuxième tension de sortie (Us2) continue entre une première sortie (CC2) et deuxième sortie (DD2) du deuxième module (CV2), la première sortie (CC2) et la deuxième sortie (DD2) du deuxième module (CV2) étant montées en série ou en parallèle avec la première sortie (CC1) et la deuxième sortie (DD1) du module (CV1 ; 100).
System (1) according to any one of claims 1 to 8, either:
- further comprising at least one second DC voltage source (S2), the first output (CC1) and the second output (DD1) of the module (CV1; 100) being connected in series or in parallel with the second voltage source ( S2) continues, or
- comprising at least one second module (CV2) structurally analogous to the module (CV1; 100) and intended to be connected at the input to at least one second voltage source (S2) suitable for delivering a second DC input voltage (Ue2) , the second module (CV2) being suitable for transforming the second input voltage (Ue2) into a second DC output voltage (Us2) between a first output (CC2) and second output (DD2) of the second module (CV2), the first output (CC2) and the second output (DD2) of the second module (CV2) being mounted in series or in parallel with the first output (CC1) and the second output (DD1) of the module (CV1; 100).
Procédé de conversion mettant en œuvre un système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8,
- le module (CV1 ; 100) étant connecté à la source de tension (S1) délivrant la tension d’entrée (Ue1) pour transformer la tension d’entrée (Ue1) en la tension de sortie (Us1), ou
- le système (1) comprenant une pluralité de modules (CV1; 100, CV2…) structurellement analogues entre eux et respectivement connectés à des sources de tension (S1, S2…) délivrant des tensions d’entrée (Ue1, Ue2…), chacun des modules (CV1 ; 100, CV2…) délivrant une tension de sortie (Us1, Us2…) continue, les modules (CV1 ; 100, CV2…) étant connectés pour que leurs tensions de sortie (Us1, Us2…) respectives soient en série ou en parallèle les unes des autres.
Conversion method implementing a system (1) according to any one of Claims 1 to 8,
- the module (CV1; 100) being connected to the voltage source (S1) delivering the input voltage (Ue1) to transform the input voltage (Ue1) into the output voltage (Us1), or
- the system (1) comprising a plurality of modules (CV1; 100, CV2…) structurally analogous to each other and respectively connected to voltage sources (S1, S2…) delivering input voltages (Ue1, Ue2…), each of the modules (CV1; 100, CV2…) delivering a continuous output voltage (Us1, Us2…), the modules (CV1; 100, CV2…) being connected so that their respective output voltages (Us1, Us2…) are in series or parallel to each other.
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