FR3121298A1 - Convertisseur de tension isolé - Google Patents

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Maxime Moreau
Massourang Diallo
Wendell Da Cunha Alves
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Valeo Siemens eAutomotive France SAS
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Abstract

Ce convertisseur de tension isolé (106) comporte : - des première et deuxième bornes d’entrée globales (P, N) destinées à recevoir entre elles une tension d’entrée globale (VE) ; et - un premier et un deuxième modules de conversion de tension (1081, 1082) chacun avec un circuit primaire et un circuit secondaire isolés reliés par un circuit magnétique, les circuits primaires étant connectés en série entre les bornes d’entrée globales (P, N) pour recevoir chacun, comme tension d’entrée locale (VE1, VE2), une partie seulement de la tension d’entrée globale (VE). Il comporte en outre un dispositif (118) de régulation des tensions d’entrée locales (VE1, VE2) pour les maintenir dans un ratio prédéfini, par exemple pour les maintenir égales l’une à l’autre. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

CONVERTISSEUR DE TENSION ISOLÉ
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne un convertisseur de tension isolé et un véhicule automobile comportant un tel convertisseur de tension isolé.
Arrière-plan technologique
La demande de brevet français publiée sous le numéro FR 3 064 832 A1 décrit un convertisseur de tension isolé comportant :
  • des première et deuxième bornes d’entrée globales destinées à recevoir une tension d’entrée globale ; et
  • un premier et un deuxième modules de conversion de tension comportant chacun un circuit primaire et un circuit secondaire isolés reliés par un circuit magnétique, le circuit primaire du premier module de conversion de tension et le circuit primaire du second module de conversion de tension étant conçus pour être connectés en série entre les bornes d’entrée globales pour recevoir chacun, comme tension d’entrée locale, une partie seulement de la tension d’entrée globale.
Plus précisément, dans la demande de brevet FR 3 064 832 A1, le convertisseur de tension est un convertisseur de tension continu-continu, précédé d’un convertisseur de tension alternatif-continu destiné à être connecté à un réseau électrique alternatif monophasé ou bien triphasé. Il est prévu de laisser les deux modules en série lorsque réseau électrique est triphasé et de court-circuiter l’un des modules lorsque le réseau électrique est monophasé.
Ce convertisseur de tension connu présente comme inconvénient qu’un déséquilibre peut se produire conduisant à ce que la majeure partie de la conversion de tension soit réalisée par un seul des modules, ce qui peut le détériorer s’il n’est pas dimensionné pour recevoir une telle puissance électrique.
Il peut ainsi être souhaité de prévoir un convertisseur de tension qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
Il est donc proposé un convertisseur de tension isolé comportant :
  • des première et deuxième bornes d’entrée globales destinées à recevoir une tension d’entrée globale ; et
  • un premier et un deuxième modules de conversion de tension comportant chacun un circuit primaire et un circuit secondaire isolés reliés par un circuit magnétique, le circuit primaire du premier module de conversion de tension et le circuit primaire du second module de conversion de tension étant conçus pour être connectés en série entre les bornes d’entrée globales pour recevoir chacun, comme tension d’entrée locale, une partie seulement de la tension d’entrée globale ;
le convertisseur de tension isolé étant caractérisé en ce que qu’il comporte en outre un dispositif de régulation des tensions d’entrée locales pour les maintenir dans un ratio prédéfini, par exemple pour les maintenir égales l’une à l’autre, lorsque les circuits primaires sont connectés en série.
Ainsi, grâce à l’invention, le dispositif de régulation empêche qu’un module prenne le pas sur l’autre.
De façon optionnelle, les circuits primaires des modules de conversion de tension comportent chacun au moins un interrupteur à semi-conducteur et le dispositif de régulation est conçu pour commander les interrupteurs à semi-conducteur de manière à maintenir les tensions d’entrée locales dans le ratio prédéfini. Ainsi, la régulation des tensions d’entrée locales peut facilement être mise en œuvre.
De façon optionnelle également, le dispositif de régulation est conçu pour déterminer, à partir d’un écart entre les tension d’entrée locales, une compensation et pour commander l’un des modules de conversion de tension à partir d’une consigne électrique diminuée de la compensation et l’autre des modules de conversion de tension à partir de la même consigne augmentée de la compensation. Ainsi, il est possible de réguler les tensions d’entrée locales en même temps à partir d’une seule boucle de compensation.
De façon optionnelle également, le dispositif de régulation est conçu pour déterminer la consigne électrique à partir d’un écart entre une tension de sortie du convertisseur de tension isolé et une consigne de tension de sortie. Ainsi, la tension de sortie est régulée en même temps que les tensions d’entrée locales.
De façon optionnelle également, la consigne électrique est une consigne de courant et la compensation est une compensation de courant. En effet, les modules comportent généralement déjà des blocs fonctionnels de régulation de courant. Par exemple, il est aussi possible de surveiller ce courant pour détecter des défauts dans le convertisseur de tension. Ainsi, il est possible de réutiliser ces blocs fonctionnels pour réguler les tensions d’entrée locales. En outre, la régulation de courant peut permettre d’améliorer les performances dynamiques du convertisseur de tension.
De façon optionnelle également, le circuit primaire de chacun des modules de conversion de tension comporte deux interrupteurs agencés en bras de commutation entre deux bornes d’entrée du module de conversion de tension considéré et le dispositif de régulation est conçu pour commander les deux bras de commutation selon une même période de commutation et selon un rapport cyclique de manière à maintenir lesdites tensions d’entrée locales dans le ratio prédéfini, et en décalant les commandes d’un des bras de commutation de 45% à 55%, de préférence 50%, de la période de commutation par rapport aux commandes de l’autre bras de commutation. Ce décalage des commandes permet d’augmenter la fréquence du bruit et de compenser les courants de perturbation.
De façon optionnelle également, le convertisseur de tension comporte en outre un dispositif de reconfiguration conçu pour sélectivement connecter les circuits primaires en série, et connecter le circuit primaire du premier module de conversion de tension entre les deux bornes d’entrée globales afin que sa tension d’entrée soit égale à la tension d’entrée.
De façon optionnelle également, le dispositif de reconfiguration est conçu pour sélectivement connecter les circuits primaires des modules de conversion de tension en parallèle l’un de l’autre entre les bornes d’entrée globales afin que chaque tension d’entrée locale soit égale à la tension d’entrée globale. Ainsi, les deux modules sont toujours utilisés pour réaliser la conversion de tension.
De façon optionnelle également, le dispositif de reconfiguration est conçu, afin de connecter le circuit primaire du premier module de conversion de tension entre les deux bornes d’entrée globales, pour désactiver le deuxième module de conversion de tension. En effet, les modules sont généralement conçus pour avoir leurs meilleures performances à haute puissance, par exemple entre 50% et 100 % de la puissance nominale. Ainsi, la désactivation du deuxième module permet d’augmenter les chances que le premier module fonctionne dans sa plage de meilleures performances. Au contraire, si les modules fonctionnaient en parallèle, ils risqueraient chacun de fonctionner hors de leur plage de meilleures performances.
De façon optionnelle également, le dispositif de reconfiguration est conçu pour placer les circuits primaires des modules de conversion de tension en série lorsque la tension d’entrée globale est dans un premier intervalle prédéfini de tensions et pour connecter le circuit primaire du premier module de conversion de tension entre les deux bornes d’entrée globales lorsque la tension d’entrée globale est dans un deuxième intervalle prédéfini de tensions, plus bas que le premier intervalle prédéfini de tensions. Ainsi, les tensions d’entrée locales sont limitées et ne prennent pas des valeurs trop importantes.
De façon optionnelle également, les premier et deuxième modules de conversion de tension sont des modules de conversion continu-continu.
De façon optionnelle également, les circuits secondaires des premier et deuxième modules de conversion de tension sont connectés en parallèle l’un de l’autre en sortie du convertisseur de tension isolé.
Il est également proposé véhicule automobile comportant un convertisseur de tension selon l’invention.
Brève description des figures
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
la est un schéma électrique d’un système électrique comportant un premier exemple de convertisseur de tension selon l’invention,
la est un schéma électrique d’un de deux modules de conversion de tension du convertisseur de tension de la ,
la est un schéma de régulation automatique mis en œuvre par un dispositif de commande des deux modules de conversion de tension,
la est un schéma électrique d’un système électrique comportant un deuxième exemple de convertisseur de tension selon l’invention,
la est un schéma électrique d’un système électrique comportant un troisième exemple de convertisseur de tension selon l’invention, et
la regroupe des chronogrammes de commandes d’interrupteurs commandables des modules de conversion de tension.
Description détaillée de l’invention
En référence à la , un système électrique 100 mettant en œuvre l’invention va à présent être décrit.
Le système électrique 100 comporte tout d’abord un réseau électrique 102 conçu pour délivrer une tension réseau VE. Dans l’exemple décrit, le réseau électrique 102 est continu, de sorte que la tension réseau VEest continue.
Le système électrique 100 comporte en outre une charge 104 (tel qu’un réseau basse tension) et un convertisseur de tension isolé 106 destiné à être connecté au réseau électrique 102 pour convertir la tension réseau VEen une tension de sortie VSd’alimentation de la charge 104. Dans l’exemple décrit, le convertisseur de tension 106 est un convertisseur continu-continu, de sorte que la tension de sortie VSest continue. En outre, la tension réseau VEest par exemple une haute tension (c’est-à-dire par exemple une tension supérieure à 60 V), tandis que la tension d’alimentation VSest une basse tension (c’est-à-dire par exemple une tension inférieure à 60 V). Par exemple, la tension réseau VEest comprise entre 100 V et 900 V, tandis que la tension d’alimentation VSest comprise entre 10 V et 50 V, généralement égale à 14 V ou bien 48 V.
La tension réseau VEreçue par le convertisseur de tension 106 peut prendre des valeurs très différentes. Cela peut venir du fait que le convertisseur de tension 106 est destiné à être successivement connecté à des réseaux électriques 102 différents et/ou du fait qu’un même réseau électrique 102 peut voir sa tension réseau VEvarier au cours du temps, par exemple suivant le mode de fonctionnement du réseau électrique 102. Par exemple, quand le réseau électrique 102 comporte une ou des batteries destinées à fournir une tension de 400 V, la tension réseau VEpeut en fait varier entre 170 V et 450 V suivant la charge de la ou des batteries. Quand le réseau électrique 102 comporte une ou des batteries destinées à fournir une tension de 800 V, la tension réseau VEpeut en fait varier entre 470 V et 850 V suivant la charge de la ou des batteries. C’est pourquoi le convertisseur de tension 106 est de préférence un convertisseur de tension continu, conçu pour fournir une tension de sortie VSsensiblement constante sur toute une plage de tensions réseau VEpossibles.
Le convertisseur de tension 106 présente des première et deuxième bornes d’entrée P, N entre lesquelles le réseau électrique 102 est connecté pour délivrer sa tension réseau VEentre les bornes P, N.
Le convertisseur de tension 106 comporte en outre des premier et deuxième modules 1081, 1082de conversion de tension. Dans l’exemple décrit, ces modules 1081, 1082sont des convertisseurs continu-continu. De préférence, les modules 1081et 1082sont sensiblement identiques. Les modules 1081, 1082comportent de préférence des interrupteurs à semi-conducteur.
Les modules 1081, 1082sont par exemple connectés à la charge 104 en parallèle l’un de l’autre. Ainsi, ils fournissent chacun la tension de sortie VS.
Chaque module 1081, 1082présente des première et deuxième bornes d’entrée P1, N1, respectivement P2, N2. Dans l’exemple décrit, la borne d’entrée P1du module 1081est connectée à la borne d’entrée P du convertisseur de tension 106 et la borne d’entrée N1du module 1081est connectée à la borne d’entrée P2du module 1082.
Le convertisseur de tension 106 comporte en outre un dispositif 110 de reconfiguration de la connexion des modules 1081, 1082au réseau électrique 102. Plus précisément, le dispositif de reconfiguration 110 est conçu pour sélectivement : (i) connecter les modules 1081, 1082en série entre les bornes d’entrée P, N pour recevoir chacun, comme tension d’entrée VE1, VE2, une partie seulement de la tension réseau VE, et (ii) connecter le module 1081entre les deux bornes d’entrée P, N afin que sa tension d’entrée VE1soit égale à la tension réseau VE. Dans l’exemple décrit, dans ce dernier cas, le module 1082est désactivé, de sorte que seul le module 1081réalise la conversion de tension.
Pour passer d’une configuration de connexion à l’autre, le dispositif de reconfiguration 110 commande par exemple un commutateur 112 conçu pour connecter la borne d’entrée N sélectivement à la borne d’entrée N1du module 1081et à la borne d’entrée N2du module 1082. Ainsi, lorsque le commutateur 112 connecte la borne d’entrée N à la borne d’entrée N1du module 1081, ce dernier est connecté entre les deux bornes d’entrée P, N afin que sa tension d’entrée VE1soit égale à la tension réseau VE. La borne d’entrée N2du module 1082présente alors un potentiel flottant, de sorte que le module 1082est déconnecté du réseau électrique 102 et donc inactif. Lorsque le commutateur 112 connecte la borne d’entrée N à la borne d’entrée N2du module 1082, les modules 1081, 1082sont alors connectés en série entre les bornes d’entrée P, N pour recevoir chacun, comme tension d’entrée VE1, VE2, une partie seulement de la tension réseau VE. Plus précisément, dans l’exemple décrit, la tension réseau VEest égale à la somme des tensions d’entrée VE1, VE2.
Le convertisseur de tension 106 comporte en outre, toujours dans l’exemple décrit, un dispositif 114 de mesure de la tension réseau VEet le dispositif de reconfiguration 110 est conçu pour commander le commutateur 112 en fonction de la tension réseau VEmesurée. Par exemple, le dispositif de reconfiguration 110 est conçu pour déterminer dans lequel parmi deux intervalles préfinis de tension se trouve la tension d’entrée VE. De préférence, ces deux intervalles prédéfinis ne se chevauchent pas. Dans l’exemple décrit, le premier intervalle correspond aux tensions réseau VEpossibles pour un réseau électrique de 400 V (c’est-à-dire par exemple 170 – 450 V) et le deuxième intervalle correspond aux tensions réseau VEpossibles pour un réseau électrique de 800 V (c’est-à-dire par exemple 470 – 850 V). Par exemple, la tension d’entrée VEmesurée peut être comparée à un seuil prédéfini permettant de distinguer les deux intervalles. Dans l’exemple décrit, ce seuil pourrait être compris entre 450 V et 470 V.
Le dispositif de reconfiguration 110 est alors par exemple conçu pour commander le commutateur 112 pour connecter le module 1081entre les deux bornes d’entrée P, N lorsque la tension réseau VEappartient à l’intervalle regroupant les tensions les plus petites (l’intervalle 170 – 450 V dans l’exemple décrit) et pour connecter les modules 1081, 1082en série entre les bornes d’entrée P, N lorsque la tension réseau VEappartient à l’intervalle regroupant les tensions les plus élevées (l’intervalle 470 – 850 V dans l’exemple décrit).
Dans l’exemple décrit où les modules 1081, 1082comportent des interrupteurs à semi-conducteur, le convertisseur de tension 106 comporte en outre un dispositif 118 de commande de ces interrupteurs, afin par exemple de maintenir la tension de sortie VSégale à une consigne VS*.
Même si les modules 1081, 1082sont destinés à être identiques, il existe toujours des différences entre les composants, résultant par exemple des tolérances de fabrication. Pour cette raison, lorsque les modules 1081,1082sont connectés en série, il existe un risque que l’un des modules 1081, 1082prenne le pas sur l’autre et réalise toute la conversion de tension. Pour éviter cela, il est proposé de chercher à maintenir les tensions d’entrée VE1, VE2égales.
Ainsi, le convertisseur de tension 106 comporte en outre un dispositif de régulation des tensions d’entrée VE1, VE2des modules 1081, 1082, lorsque ces derniers sont connectés en série, afin de chercher à maintenir ces tensions d’entrée VE1, VE2égales, notamment à une incertitude près. Par exemple, le convertisseur de tension 106 comporte des dispositifs 120 de mesure des tensions d’entrée VE1, VE2et le dispositif de régulation est conçu pour réguler les tensions d’entrée VE1, VE2à partir de leurs mesures.
Toujours par exemple, le dispositif de régulation est conçu pour commander au moins certains des interrupteurs à semi-conducteur des modules 1081, 1082, à partir des tensions d’entrée VE1, VE2mesurées. Dans l’exemple décrit, le dispositif de régulation est mis en œuvre par le dispositif de commande 118. Un exemple de tel dispositif de commande 118 sera décrit plus en détail plus loin, en référence à la .
En référence à la , un exemple de réalisation du module 1082 va à présent être décrit. Le module 1081 est similaire et comporte des composants sensiblement identiques, qui seront désignés par la suite avec l’indice « 1 » plutôt que l’indice « 2 » utilisé pour les composants du module 1082.
Le module 1082comporte tout d’abord une capacité d’entrée CE2connectée entre les bornes P2, N2pour lisser la tension d’entrée VE2.
Le module 1082comporte en outre un premier convertisseur de tension 2022conçu pour convertir la tension d’entrée VE2en une tension intermédiaire VINT2continue.
Le convertisseur de tension 2022comporte un bras de commutation comprenant deux interrupteurs à semi-conducteur QA2, QB2connectés entre les borne d’entrée P2, N2et l’un à l’autre en un point milieu. Chacun des interrupteurs à semi-conducteur QA2, QB2est par exemple un transistor à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur (de l’anglais « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » ou MOSFET) ou bien un transistor bipolaire à grille isolée (de l’anglais « Insulated Gate Bipolar Transistor » ou IGBT).
Le convertisseur de tension 2022comporte en outre une inductance L2et une capacité CINT2connectées l’une à la suite de l’autre entre le point milieu du bras de commutation QA2, QB2et la borne d’entrée N2. La tension intermédiaire VINT2est ainsi la tension aux bornes de la capacité CINT2.
Le module 1082comporte en outre un deuxième convertisseur de tension 2042conçu pour convertir la tension intermédiaire VINT2en la tension de sortie VS.
Le convertisseur de tension 2042comporte en particulier une barrière d’isolation galvanique 2062comprenant un circuit magnétique 2082qui, dans l’exemple décrit, couple un ou plusieurs enroulements primaires 2102et un ou plusieurs enroulements secondaires 2122entre eux.
Dans l’exemple décrit, le convertisseur de tension 2042est un convertisseur dit « flyward » décrit par exemple en détail dans la demande de brevet français publiée sous le numéro FR 3 056 038 A1. Dans un convertisseur de ce type, il est prévu deux interrupteurs à semi-conducteur QC2, QD2connectés l’un à l’autre par une capacité milieu CF2, l’ensemble étant connecté aux bornes de la capacité intermédiaire CINT2pour recevoir la tension intermédiaire VINT2. Chacun des interrupteurs à semi-conducteur QC2, QD2comporte par exemple un MOSFET ou bien un IGBT.
Le module de conversion de tension 1082 présente ainsi un circuit primaire 2142et un circuit secondaire 2162isolés, reliés par le circuit magnétique 2082. Le circuit primaire 2142comporte en particulier les bornes P2, N2pour recevoir la tension d’entrée locale VE2. Dans l’exemple décrit, le circuit primaire 2142inclut le convertisseur de tension 2022, les composants du convertisseur de tension 2042connectés entre le convertisseur de tension 2022et le ou les enroulements primaires 2102, et ce ou ces enroulements primaires 2102. De son côté, le circuit secondaire 2162inclut les composants du convertisseur de tension 2042connectés entre le ou les enroulements secondaires et des bornes de sortie 2182du module de conversion de tension 1082.
En référence à la , un exemple de dispositif de commande 118 va à présent être décrit plus en détail.
Le dispositif de commande 118 comporte tout d’abord un comparateur 302 conçu pour déterminer un écart ΔVSentre la tension de sortie VSmesurée et une consigne de tension de sortie VS*.
Le dispositif de commande 118 comporte en outre un régulateur 304 conçu pour déterminer une consigne électrique dite initiale à partir de l’écart ΔVS. Dans l’exemple décrit, la consigne électrique initiale est une consigne de courant I*.
Le dispositif de commande 118 comporte en outre un comparateur 306 conçu pour déterminer un écart ΔVEentre les tensions d’entrée VE1, VE2.
Le dispositif de commande 118 comporte en outre un régulateur 308 conçu pour déterminer une compensation à partir de l’écart ΔVE. Dans l’exemple décrit, la compensation ICOMPest une compensation de courant.
Le dispositif de commande 118 comporte en outre, pour la commande de l’un des modules (le module 1081dans l’exemple décrit), un soustracteur 310 conçu pour diminuer la consigne I* de la compensation ICOMPpour fournir une consigne dite finale I1* pour ce module 1081. Dans l’exemple décrit, cette consigne finale I1* est une consigne de courant pour le courant circulant dans l’inductance du module considéré (l’inductance L1dans l’exemple décrit).
Le dispositif de commande 118 comporte en outre, pour la commande de l’autre des modules (le module 1082dans l’exemple décrit), un additionneur 312 conçu pour augmenter la consigne initiale I* de la compensation ICOMPpour fournir une consigne dite finale I*2pour ce module 1082. Dans l’exemple décrit, cette consigne finale I2* est une consigne de courant pour le courant circulant dans l’inductance du module considéré (l’inductance L2dans l’exemple décrit).
Pour la commande du module 1081, le dispositif de commande 118 comporte en outre un comparateur 314 conçu pour déterminer un écart ΔI1entre le courant I1mesuré et la consigne finale I*1et un dispositif 316 conçu pour déterminer des commandes pour les interrupteurs QA1, QB1du module 1081à partir de cet écart ΔI1.
De même, pour la commande du module 1082, le dispositif de commande 118 comporte en outre un comparateur 318 conçu pour déterminer un écart ΔI2entre le courant I2mesuré et la consigne finale I*2et un dispositif 320 conçu pour déterminer des commandes pour les interrupteurs QA2, QB2du module 1082à partir de cet écart ΔI2.
Les commandes sont par exemple sous la forme de signaux en modulation de largeur d’impulsion (de anglais « Pulse Width Modulation » ou PWM) présentant un rapport cyclique déterminé en fonction de l’écart ΔI1ou ΔI2, suivant le dispositif 316 ou 320 considéré.
Les dispositifs 316, 320 peuvent en outre être conçus pour déterminer des commandes pour les interrupteurs QC1, QD1, respectivement QC2, QD2. Ces commandes sont par exemple également des signaux PWM, mais dont le rapport cyclique est fixe (en particulier, indépendant de l’écart ΔI1ou ΔI2).
Chacun des régulateur 304, 308 est par exemple l’un parmi : un régulateur PID, un régulateur PI et un régulateur non linéaire.
En référence à la , un autre exemple 402 de convertisseur de tension selon l’invention va à présent être décrit.
Ce convertisseur de tension est similaire à celui de la , si ce n’est qu’il ne comporte pas le commutateur 112.
Dans ce mode de réalisation, la borne N2du module 1082est connectée à la borne N. En outre, le dispositif de reconfiguration 110 est alors par exemple conçu pour commander, par exemple indépendamment des commandes du dispositif de commande 118, le bras de commutation QA2, QB2pour court-circuiter les bornes P2, N2lorsque la tension réseau VEappartient à l’intervalle regroupant les tensions les plus petites (l’intervalle 170 – 450 V dans l’exemple décrit) et pour laisser le dispositif de commande 118 commander l’interrupteurs QA2, QB2pour que le module 1082réalise la conversion de tension souhaitée, en série avec le module 1081, lorsque la tension réseau VEappartient à l’intervalle regroupant les tensions les plus élevées (l’intervalle 470 – 850 V dans l’exemple décrit).
En référence à la , un autre exemple 502 de convertisseur de tension selon l’invention va à présent être décrit.
Ce mode de réalisation est similaire à celui de la , si ce n’est que le commutateur 112 est remplacé par un commutateur 504 conçu pour sélectivement connecter les deux modules 1081, 1082 en série et en parallèle au réseau électrique 102. Dans la configuration parallèle, chaque tension d’entrée VE1, VE2 est ainsi égale à la tension réseau VE.
Dans l’exemple décrit, la borne P1du module 1081est connectée à la borne P et la borne N2du module 1082 est connectée à la borne N. Ainsi, pour passer d’une configuration à l’autre, le commutateur 504 est conçu pour modifier la connexion des bornes N1, P2. Plus précisément, dans l’exemple décrit, pour la configuration en parallèle, le commutateur 504 est conçu pour connecter la borne P2à la borne P et la borne N1à la borne N. Pour la configuration en série, le commutateur 504 est conçu pour connecter ensemble les bornes N1et P2.
Le dispositif de reconfiguration 110 est alors par exemple conçu pour commander le commutateur 504 pour connecter les deux modules 1081, 1082en parallèle entre les deux bornes d’entrée P, N lorsque la tension réseau VEappartient à l’intervalle regroupant les tensions les plus petites (l’intervalle 170 – 450 V dans l’exemple décrit) et pour connecter les modules 1081, 1082en série entre les bornes d’entrée P, N lorsque la tension réseau VEappartient à l’intervalle regroupant les tensions les plus élevées (l’intervalle 470 – 850 V dans l’exemple décrit).
En référence à la , des chronogrammes illustrant des exemples de commandes des interrupteurs QA1, QA2, QC1, QC2 vont à présent être décrit. Sur ces chronogrammes, l’abscisse représente le temps en millisecondes et l’ordonnée la tension de commande en volts.
Les commandes des interrupteurs QB1, QB2, QD1, QD2ne sont pas représentées car elles se déduisent des commandes des interrupteurs QA1, QA2, QC1, QC2: les interrupteurs QB1, QB2sont respectivement commandés en opposition des interrupteurs QA1, QA2(avec de préférence un temps mort) et les interrupteurs QD1, QD2sont respectivement commandés en opposition des interrupteurs QC1, QC2(avec de préférence un temps mort).
Comme cela est visible sur le premier chronogramme, la commande C_QA2 de l’interrupteur QA2 alterne entre deux valeurs respectivement d’ouverture et de fermeture selon une période TB égale à l’inverse d’une fréquence de commutation FB. Dans l’exemple décrit, cette fréquence de commutation FB est fixe et prédéfinie et le dispositif de commande 118 est conçu pour déterminer un rapport cyclique de la commande C_QA2 à partir des tensions d’entrée locales VE1, VE2, pour maintenir ces dernières dans le ratio prédéfini. Comme cela est illustré sur la , dans l’exemple décrit, le rapport cyclique de la commande C_QA2 est déterminé par le dispositif 320 à partir de l’écart ΔI2.
De même, comme cela est visible sur le deuxième chronogramme, la commande C_QA1 de l’interrupteur QA1 alterne entre deux valeurs respectivement d’ouverture et de fermeture selon la période TB. Dans l’exemple décrit, le dispositif de commande 118 est conçu pour déterminer un rapport cyclique de la commande C_QA1 à partir des tensions d’entrée locales VE1, VE2, pour maintenir ces dernières dans le ratio prédéfini. Comme cela est illustré sur la , dans l’exemple décrit, le rapport cyclique de la commande C_QA1 est déterminé par le dispositif 316 à partir de l’écart ΔI1.
En outre, de préférence, les commandes d’un des bras de commutation sont décalées de 45% à 55%, de préférence 50%, de la période de commutation TB par rapport aux commandes de l’autre bras de commutation. Ceci est illustré sur la par la double flèche TB/2.
Comme cela est visible sur les troisième et quatrième chronogrammes, les commandes C_QC1, C_QC2des interrupteurs QC1, QC2alternent entre deux valeurs respectivement d’ouverture et de fermeture selon une période de commutation TF. Dans l’exemple décrit, cette période de commutation TF est fixe et les commandes C_QC1, C_QC2présentent des rapports cycliques égaux et fixes.
En outre, de préférence, les commandes d’une des paires d’interrupteurs (la paire QC2, QD2dans l’exemple décrit) est décalée de 20% à 30%, de préférence 25%, de la période de commutation TF par rapport aux commandes de l’autre paire d’interrupteurs (la paire QC1, QD1dans l’exemple décrit). Ceci est illustré sur la par la double flèche TF/4.
Il apparaît clairement qu’un convertisseur de tension tel que ceux décrits précédemment permet de maintenir à l’équilibre le fonctionnement des modules.
On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Il apparaîtra en effet à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Par exemple, le décalage d’environ 25% est valable dans le cas où le deuxième convertisseur de tension 2041, 2042est de type flyward. Pour d’autres types de convertisseurs, le décalage pourrait être différent. Par exemple, il pourrait être compris entre 45% et 55%, de préférence 50%, pour un convertisseur à décalage de phase (de l’anglais « phase shift ») ou bien pour un convertisseur LLC résonant.
Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims (13)

  1. Convertisseur de tension isolé (106 ; 402 ; 502) comportant :
    • des première et deuxième bornes d’entrée globales (P, N) destinées à recevoir entre elles une tension d’entrée globale (VE) ; et
    • un premier et un deuxième modules de conversion de tension (1081, 1082) comportant chacun un circuit primaire (2142) et un circuit secondaire (2162) isolés reliés par un circuit magnétique (2082), le circuit primaire du premier module de conversion de tension (1081) et le circuit primaire (2142) du second module de conversion de tension (1082) étant conçus pour être connectés en série entre les bornes d’entrée globales (P, N) pour recevoir chacun, comme tension d’entrée locale (VE1, VE2), une partie seulement de la tension d’entrée globale (VE) ;
    le convertisseur de tension isolé étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre un dispositif (118) de régulation des tensions d’entrée locales (VE1, VE2) pour les maintenir dans un ratio prédéfini, par exemple pour les maintenir égales l’une à l’autre, lorsque les circuits primaires (2142) sont connectés en série.
  2. Convertisseur de tension isolé (106 ; 402 ; 502) selon la revendication 1, dans lequel les circuits primaires (2142) des modules de conversion de tension (1081, 1082) comportent chacun au moins un interrupteur à semi-conducteur (QA2, QB2) et dans lequel le dispositif de régulation (118) est conçu pour commander les interrupteurs à semi-conducteur (QA2, QB2) de manière à maintenir les tensions d’entrée locales (VE1, VE2) dans le ratio prédéfini.
  3. Convertisseur de tension isolé (106 ; 402 ; 502) selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de régulation (118) est conçu pour déterminer, à partir d’un écart (ΔVE) entre les tension d’entrée locales (VE1, VE2), une compensation (ICOMP) et pour commander l’un des modules de conversion de tension (1081, 1082) à partir d’une consigne électrique (I*) diminuée de la compensation (ICOMP) et l’autre des modules de conversion de tension (1081, 1082) à partir de la même consigne (I*) augmentée de la compensation (ICOMP).
  4. Convertisseur de tension isolé (106 ; 402 ; 502) selon la revendication 3, dans lequel le dispositif de régulation (118) est conçu pour déterminer la consigne électrique (I*) à partir d’un écart (ΔVS) entre une tension de sortie (VS) du convertisseur de tension isolé (106) et une consigne de tension de sortie (VS*).
  5. Convertisseur de tension isolé (106 ; 402 ; 502) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la consigne électrique (I*) est une consigne de courant et dans lequel la compensation (ICOMP) est une compensation de courant.
  6. Convertisseur de tension isolé (106 ; 402 ; 502) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le circuit primaire (2142) de chacun des modules de conversion de tension (1081, 1082) comporte deux interrupteurs (QA2, QB2) agencés en bras de commutation entre deux bornes d’entrée (P1, N1, P2, N2) du module de conversion de tension (1081, 1082) considéré et dans lequel le dispositif de régulation (118) est conçu pour commander les deux bras de commutation selon une même période de commutation (TB) et selon un rapport cyclique de manière à maintenir lesdites tensions d’entrée locales (VE1, VE2) dans le ratio prédéfini, et en décalant les commandes d’un des bras de commutation de 45% à 55%, de préférence 50%, de la période de commutation (TB) par rapport aux commandes de l’autre bras de commutation.
  7. Convertisseur de tension isolé (106 ; 402 ; 502) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comportant en outre un dispositif de reconfiguration (110) conçu pour sélectivement connecter les circuits primaires (2142) en série, et connecter le circuit primaire du premier module de conversion de tension (1081) entre les deux bornes d’entrée globales (P, N) afin que sa tension d’entrée (VE1) soit égale à la tension d’entrée (VE).
  8. Convertisseur de tension isolé (502) selon la revendication 7, dans lequel le dispositif de reconfiguration (110) est conçu pour sélectivement connecter les circuits primaires (2142) des modules de conversion de tension (1081, 1082) en parallèle l’un de l’autre entre les bornes d’entrée globales (P, N) afin que chaque tension d’entrée locale (VE1, VE2) soit égale à la tension d’entrée globale (VE).
  9. Convertisseur de tension isolé (106 ; 402) selon la revendication 7, dans lequel le dispositif de reconfiguration (110) est conçu, afin de connecter le circuit primaire du premier module de conversion de tension (1081) entre les deux bornes d’entrée globales (P, N), pour désactiver le deuxième module de conversion de tension (1082).
  10. Convertisseur de tension isolé (106 ; 402 ; 502) selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel le dispositif de reconfiguration (110) est conçu pour placer les circuits primaires (2142) des modules de conversion de tension (1081, 1082) en série lorsque la tension d’entrée globale (VE) est dans un premier intervalle prédéfini de tensions et pour connecter le circuit primaire du premier module de conversion de tension (1081) entre les deux bornes d’entrée globales (P, N) lorsque la tension d’entrée globale (VE) est dans un deuxième intervalle prédéfini de tensions, plus bas que le premier intervalle prédéfini de tensions.
  11. Convertisseur de tension isolé (106 ; 402 ; 502) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les premier et deuxième modules de conversion de tension (1081, 1082) sont des modules de conversion continu-continu.
  12. Convertisseur de tension isolé (106 ; 402 ; 502) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les circuits secondaires (2162) des premier et deuxième modules de conversion de tension (1081, 1082) sont connectés en parallèle l’un de l’autre en sortie du convertisseur de tension isolé.
  13. Véhicule automobile comportant un convertisseur de tension (106 ; 402 ; 502) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12.
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