FR3101493A1 - Alimentation électrique de type alternatif-continu. - Google Patents

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Abstract

Alimentation électrique de type alternatif-continu. L’alimentation électrique (10) comprend un redresseur de courant (12) relié à une entrée (11) de type courant alternatif, ainsi qu’un convertisseur de courant (14) de type alternatif-continu relié en entrée à une sortie du redresseur (12) et en sortie à une sortie (15) de type courant continu de l’alimentation électrique. Elle comprend en outre un convertisseur de courant (16) de type continu-continu bidirectionnel relié d’un côté à la sortie du convertisseur (14) de type alternatif-continu et d’un autre côté à un condensateur (C1) de stockage d’énergie. Ce convertisseur (16) charge le condensateur de stockage d’énergie lorsque la tension aux bornes de la sortie du convertisseur (14) de type alternatif-continu est supérieure à une valeur de tension prédéterminée (Vth) et il fournit un courant à la sortie de l’alimentation électrique, issu d’une décharge du condensateur de stockage d’énergie, lorsque la tension aux bornes de la sortie du convertisseur (14) de type alternatif-continu est inférieure à ladite valeur de tension prédéterminée. Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

Alimentation électrique de type alternatif-continu.
L’invention est relative au domaine des alimentations électriques comprenant une entrée de type courant alternatif et une sortie de type courant continu. Elle correspond plus particulièrement à une alimentation du type avec correction du facteur de puissance (dite PFC pour « Power Factor Correction » en anglais). De façon connue, comme représenté sur les figures 1 et 2, une telle alimentation 10a comprend un redresseur 12 relié à l’entrée 11 de type courant alternatif (de tension Vin), ainsi qu’un convertisseur 14 de type alternatif-continu relié en entrée à une sortie du redresseur et en sortie à la sortie 15 de type courant continu de l’alimentation électrique (de tension Vout). Ce convertisseur de type alternatif-continu est prévu pour délivrer en sortie une valeur nominale de tension Vn. Pour une meilleure correction du facteur de puissance de l’alimentation électrique, le convertisseur 14 de type alternatif-continu est de préférence un convertisseur à découpage. L’alimentation électrique 10a comprend également un condensateur C relié à la sortie du convertisseur de type alternatif-continu. La tension V1 en sortie du redresseur, correspondant à l’entrée du convertisseur de type alternatif-continu, correspond à une suite de demi-alternances. Lorsque cette tension est suffisante, le convertisseur délivre en sortie un courant auquel correspond une tension dont la valeur est sensiblement égale à la valeur nominale de tension Vn. La sortie du convertisseur 14 permet alors de charger le condensateur C, lequel accumule une partie de l’énergie issue du convertisseur. Lorsque la tension en entrée du convertisseur n’est pas suffisante, la tension en sortie du convertisseur est inférieure à la valeur nominale de tension Vn. Le condensateur C restitue alors l’énergie qu’il avait accumulée et la tension Vout à la sortie 15 de l’alimentation électrique 10a est fonction de la décharge du condensateur C à travers ladite sortie. Il en résulte une ondulation de la tension Vout, d’amplitude ΔV. L’amplitude ΔV est par exemple égale à 1V pour une tension de sortie Vout égale à 12V. Cette amplitude de l’ondulation de la tension de sortie Vout de l’alimentation électrique est telle que la relation suivante est vérifiée :
E = ½ x C x ΔV2
Dans laquelle :
E est l’énergie accumulée dans le condensateur C ;
C est la capacité du condensateur C.
Par conséquent, pour une énergie E donnée, la valeur de la capacité C nécessaire pour le condensateur est d’autant plus grande que l’ondulation ΔV de la tension de sortie Vout doit être petite. Il en résulte un encombrement et une masse d’autant plus importants du condensateur. Or, dans certaines circonstances, en particulier lorsque l’alimentation électrique est installée à bord d’un aéronef, il est souhaitable que son encombrement et sa masse soient les plus réduits possibles.
La présente invention a notamment pour but d’apporter une solution à ce problème. Elle concerne une alimentation électrique comprenant une entrée de type courant alternatif et une sortie de type courant continu, ladite alimentation électrique comprenant un redresseur de courant relié à l’entrée de type courant alternatif, ainsi qu’un convertisseur de courant de type alternatif-continu relié en entrée à une sortie du redresseur et en sortie à la sortie de type courant continu de l’alimentation électrique, ledit convertisseur de courant de type alternatif-continu étant configuré pour délivrer en sortie une tension nominale, caractérisée en ce que :
- l’alimentation électrique comprend en outre un convertisseur de courant de type continu-continu bidirectionnel relié d’un côté à la sortie du convertisseur de type alternatif-continu et d’un autre côté à un condensateur de stockage d’énergie ; et
- le convertisseur de courant de type continu-continu bidirectionnel est configuré pour charger le condensateur de stockage d’énergie lorsque la tension aux bornes de la sortie du convertisseur de type alternatif-continu est supérieure à une valeur de tension prédéterminée inférieure à la tension nominale et pour fournir un courant à la sortie de l’alimentation électrique, issu d’une décharge du condensateur de stockage d’énergie, lorsque la tension aux bornes de la sortie du convertisseur de type alternatif-continu est inférieure à ladite valeur de tension prédéterminée.
Ainsi, la variation de tension aux bornes du condensateur de stockage d’énergie est indépendante de la variation de tension en sortie de l’alimentation électrique. Il en résulte qu’il est ainsi possible d’utiliser un condensateur de stockage d’énergie ayant une capacité moindre que dans une alimentation électrique selon l’art antérieur. Cela permet un encombrement et une masse de l’alimentation électrique réduits par rapport à l’art antérieur.
Selon différents modes de réalisation pouvant être pris isolément ou en combinaison :
- le convertisseur de courant de type continu-continu bidirectionnel est configuré pour commander la charge et la décharge du condensateur de stockage d’énergie en produisant une variation de la tension aux bornes du condensateur supérieure à la différence entre la tension nominale et la valeur de tension prédéterminée ;
- la variation de tension aux bornes du condensateur est supérieure à la différence entre la tension nominale et la valeur de tension prédéterminée d’un multiple compris dans l’intervalle [10 ; 1000] ;
- l’alimentation électrique comprend en outre un condensateur de filtrage relié à la sortie du convertisseur de type alternatif-continu et adapté pour filtrer des fréquences comprenant une fréquence de découpage du convertisseur de type alternatif-continu ;
- le convertisseur de type alternatif-continu est prévu pour recevoir en entrée une tension alternative d’environ 115VAC et pour fournir en sortie une tension nominale d’environ 12V ;
- le convertisseur de courant de type continu-continu bidirectionnel est configuré pour commander la charge du condensateur de stockage d’énergie jusqu’à une tension maximale aux bornes dudit condensateur comprise dans un intervalle de tension de 20V à 150V ;
- le convertisseur de courant de type continu-continu bidirectionnel est configuré pour commander la charge du condensateur de stockage d’énergie jusqu’à une tension maximale aux bornes dudit condensateur comprise dans un intervalle de tension de 40V à 100V.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures annexées.
La figure 1, déjà décrite, illustre une alimentation électrique avec correction du facteur de puissance, selon l’art antérieur.
La figure 2, déjà décrite, illustre des niveaux de tension de l’alimentation électrique illustrée par la figure 1.
La figure 3 illustre une alimentation électrique conforme à un mode de réalisation de l’invention.
La figure 4 illustre le niveau de tension en sortie de l’alimentation électrique représentée sur la figure 3.
L’alimentation électrique 10 représentée sur la figure 3 comprend un redresseur 12 relié à une entrée 11 de type courant alternatif (de tension Vin), ainsi qu’un convertisseur de courant 14 de type alternatif-continu relié en entrée à une sortie du redresseur 12 et en sortie à une sortie 15 de type courant continu (de tension Vout) de l’alimentation électrique. Ce convertisseur de courant 14 de type alternatif-continu est prévu pour délivrer en sortie une tension de valeur nominale Vn. Un tel type de convertisseur correspond par exemple à un convertisseur à découpage qui permet une correction du facteur de puissance en entrée de l’alimentation électrique 10. L’alimentation 10 comprend en outre un convertisseur de courant 16 de type continu-continu bidirectionnel, relié d’un côté à la sortie du convertisseur de courant 14 de type alternatif-continu et d’un autre côté à un condensateur C1 de stockage d’énergie.
En fonctionnement le convertisseur de courant 16 de type continu-continu bidirectionnel charge le condensateur C1 de stockage d’énergie lorsque la tension aux bornes de la sortie du convertisseur 14 de type alternatif-continu est supérieure à une valeur de tension prédéterminée Vth inférieure à la tension nominale, telle que représentée sur la figure 4. Pour cela, le convertisseur de courant 16 prélève une partie du courant fourni par le convertisseur de courant 14. Lorsque pendant une durée ti, à la fin d’une demi alternance de V1 et au début de la demi alternance suivante, la tension aux bornes de la sortie du convertisseur 14 de type alternatif-continu est inférieure à la valeur de tension prédéterminée Vth, le convertisseur de courant 16 de type continu-continu bidirectionnel fournit un courant à la sortie de l’alimentation électrique 10. Ce courant est issu d’une décharge du condensateur de stockage d’énergie C1. La fourniture d’un tel courant par le convertisseur de courant 16 permet de maintenir la tension de sortie Vout de l’alimentation électrique 10 sensiblement à la valeur de tension prédéterminée Vth.
De façon avantageuse, le convertisseur de courant 16 de type continu-continu bidirectionnel commande la charge et la décharge du condensateur C1 de stockage d’énergie en produisant une variation de la tension aux bornes du condensateur C1 supérieure à la différence entre la tension nominale Vn et la valeur de tension prédéterminée Vth. Cette différence de tension correspond à l’ondulation de tension à la sortie 15 de l’alimentation électrique 10. Dans un exemple particulier de réalisation, la variation de tension aux bornes du condensateur C1 de stockage d’énergie est supérieure à la différence entre la tension nominale Vn et la valeur de tension prédéterminée Vth d’un multiple compris dans l’intervalle [10 ; 1000]. Comme indiqué précédemment, l’énergie E stockée dans le condensateur est égale, à :
E = ½ x C1 x ΔV2
où ΔV est la variation de tension aux bornes du condensateur C1 (lors de la charge et de la décharge du condensateur).
La différence entre la tension nominale Vn et la valeur de tension prédéterminée Vth correspond à l’ondulation de la tension Vout à la sortie de l’alimentation électrique 10. Dans cet exemple particulier, la variation de tension aux bornes du condensateur C1 est donc supérieure à la valeur de l’ondulation de la tension de sortie Vout, d’un multiple compris dans l’intervalle [10 ; 1000]. Par conséquent, pour stocker une même quantité d’énergie que dans le condensateur C de l’art antérieur illustré par la figure 1, il est possible d’utiliser un condensateur C1 ayant une valeur de capacité entre 100 fois plus petite (pour un multiple égal à 10) et un million de fois plus petite (pour un multiple égal à 1000) que la capacité du condensateur C. Une telle réduction de la capacité du condensateur de stockage d’énergie permet de réduire de façon importante son encombrement et sa masse.
Dans un exemple de réalisation, l’alimentation électrique 10 est conformée pour recevoir à son entrée 11 une tension d’entrée Vin de 115 VAC sous une fréquence de 400Hz et pour fournir à sa sortie 15 une tension continue Vout de 12V. De façon avantageuse, le convertisseur de courant 16 de type continu-continu bidirectionnel est configuré pour commander la charge du condensateur de stockage d’énergie C1 jusqu’à une tension maximale aux bornes dudit condensateur comprise dans un intervalle de tension de 20V à 150V, de préférence dans un sous-intervalle de tension dudit intervalle, de 40V à 100V. Par exemple, une valeur de tension maximale de 100V aux bornes du condensateur C1, associée à une décharge complète du condensateur au cours de la durée ti (à la fin d’une demi alternance de V1 et au début de la demi alternance suivante), correspond à une variation de tension de 100V aux bornes du condensateur C1. En considérant une ondulation maximale souhaitée de 0,1V de la tension de sortie Vout, il en résulte un multiple de 1000 entre la variation de tension aux bornes du condensateur C1 et l’ondulation de la tension de sortie Vout. Cela permet de réduire d’un facteur un million la capacité du condensateur C1 par rapport au condensateur C d’une alimentation de l’art antérieur. Il en résulta une réduction très importante de l’encombrement et de la masse du condensateur C1, ce qui est particulièrement avantageux, notamment lorsque l’alimentation électrique 10 est prévue pour être embarquée à bord d’un aéronef.
Dans un mode particulier de réalisation, l’alimentation électrique 10 comprend en outre un condensateur de filtrage C2 relié à la sortie du convertisseur 14 de type alternatif-continu et adapté pour filtrer des fréquences d’une bande de fréquence comprenant une fréquence de découpage du convertisseur de courant 14 de type alternatif-continu.

Claims (7)

  1. Alimentation électrique (10) comprenant une entrée (11) de type courant alternatif et une sortie (15) de type courant continu, ladite alimentation électrique comprenant un redresseur de courant (12) relié à l’entrée (11) de type courant alternatif, ainsi qu’un convertisseur de courant (14) de type alternatif-continu relié en entrée à une sortie du redresseur (12) et en sortie à la sortie (15) de type courant continu de l’alimentation électrique, ledit convertisseur (14) de type alternatif-continu étant configuré pour délivrer en sortie une tension nominale (Vn), caractérisée en ce que :
    - l’alimentation électrique comprend en outre un convertisseur de courant (16) de type continu-continu bidirectionnel relié d’un côté à la sortie du convertisseur (14) de type alternatif-continu et d’un autre côté à un condensateur (C1) de stockage d’énergie ; et
    - le convertisseur de courant (16) de type continu-continu bidirectionnel est configuré pour charger le condensateur (C1) de stockage d’énergie lorsque la tension aux bornes de la sortie du convertisseur (14) de type alternatif-continu est supérieure à une valeur de tension prédéterminée (Vth) inférieure à la tension nominale (Vn) et pour fournir un courant à la sortie de l’alimentation électrique (10), issu d’une décharge du condensateur (C1) de stockage d’énergie, lorsque la tension aux bornes de la sortie du convertisseur (14) de type alternatif-continu est inférieure à ladite valeur de tension prédéterminée (Vth).
  2. Alimentation électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le convertisseur de courant (16) de type continu-continu bidirectionnel est configuré pour commander la charge et la décharge du condensateur (C1) de stockage d’énergie en produisant une variation de la tension aux bornes du condensateur (C1) supérieure à la différence entre la tension nominale (Vn) et la valeur de tension prédéterminée (Vth).
  3. Alimentation électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite variation de tension aux bornes du condensateur (C1) de stockage d’énergie est supérieure à la différence entre la tension nominale (Vn) et la valeur de tension prédéterminée (Vth) d’un multiple compris dans l’intervalle [10 ; 1000].
  4. Alimentation électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un condensateur de filtrage (C2) relié à la sortie du convertisseur (14) de type alternatif-continu et adapté pour filtrer des fréquences comprenant une fréquence de découpage du convertisseur (14) de type alternatif-continu.
  5. Alimentation électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur (14) de type alternatif-continu est prévu pour recevoir en entrée une tension alternative d’environ 115VAC et pour fournir en sortie une tension nominale d’environ 12V.
  6. Alimentation électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le convertisseur de courant (16) de type continu-continu bidirectionnel est configuré pour commander la charge du condensateur (C1) de stockage d’énergie jusqu’à une tension maximale aux bornes dudit condensateur comprise dans un intervalle de tension de 20V à 150V.
  7. Alimentation électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le convertisseur de courant (16) de type continu-continu bidirectionnel est configuré pour commander la charge du condensateur (C1) de stockage d’énergie jusqu’à une tension maximale aux bornes dudit condensateur comprise dans un intervalle de tension de 40V à 100V.
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US20150180325A1 (en) * 2013-12-25 2015-06-25 National Cheng Kung University Electrolytic capacitor-less ac/dc converter and controlling method thereof

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