FR3124904A1 - Convertisseur de puissance du type DC-DC et procédé d’utilisation d’un tel convertisseur - Google Patents

Convertisseur de puissance du type DC-DC et procédé d’utilisation d’un tel convertisseur Download PDF

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Abstract

Un convertisseur de puissance (1), du type DC-DC, comprenant un circuit primaire (C1), un circuit secondaire (C2) et un circuit d’asservissement (CA) comprenant un module de mesure (4) configuré pour mesurer un courant primaire de test (I1tst) à partir du courant primaire (I1) circulant dans le circuit primaire (C1), un module de transformation (5) du courant primaire de test (I1tst) en une tension primaire de test (U1tst), un module de comparaison (6) de la tension primaire de test (U1tst) à une tension de référence prédéterminée (U1ref) de manière à déterminer un premier écart (ε1) et un module d’asservissement (7) configuré pour déterminer un paramètre de hachage (PARH) pour un module hachage (3) du circuit primaire (C1) à partir dudit premier écart (ε1). Figure de l’abrégé : Figure 3

Description

Convertisseur de puissance du type DC-DC et procédé d’utilisation d’un tel convertisseur
La présente invention concerne le domaine des convertisseurs de puissance du type DC-DC, en particulier, pour la recharge d’une batterie électrique.
De manière connue, un convertisseur de puissance du type DC-DC permet de convertir une tension primaire, par exemple 270V, en une tension secondaire, par exemple 28V. A cet effet, le convertisseur comporte un circuit primaire et un circuit secondaire qui comprennent respectivement un enroulement primaire et un enroulement secondaire qui sont couplés magnétiquement. Le circuit primaire comporte de manière connue un module de hachage qui permet de fournir une intensité primaire à l’enroulement primaire. Lorsqu’une charge est reliée au niveau du circuit secondaire, en particulier une batterie électrique, ses besoins en puissance peuvent varier au cours du temps et il est souhaité d’asservir le convertisseur en fonction des besoins en puissance de la charge. De plus, avec un contrôle judicieux, il est possible d’utiliser plusieurs convertisseurs en parallèle afin de pouvoir augmenter la puissance pouvant être délivrée.
En référence à la , il est représenté un convertisseur de puissance du type DC-DC 100 comportant un circuit primaire 101, recevant une tension primaire V1, et un circuit secondaire 102, alimentant une charge CH avec une tension secondaire V2, qui comprennent respectivement un enroulement primaire E1 et un enroulement secondaire E2 qui sont couplés magnétiquement. Le convertisseur 100 comporte en outre un module de hachage 103 fournissant un courant primaire I1 à l’enroulement primaire E1 et générant un courant secondaire I2 dans l’enroulement secondaire E2.
Afin de réaliser une conversion optimale en fonction des besoins de la charge CH (en particulier pour la charge d’une batterie ou /et la parallélisation directe de convertisseurs), il est connu de réaliser un asservissement en tension et en courant du convertisseur 100 en mesurant, dans le circuit secondaire 102, la tension secondaire V2 et le courant secondaire I2. La tension secondaire V2 et le courant secondaire I2 sont fournis à un module d’asservissement 107 qui détermine un paramètre de hachage PARH qui est transmis au module de hachage 103 du circuit primaire 101, en particulier, pour commander des transistors dudit module de hachage 103.
Toujours en référence à la , pour mesurer le courant secondaire I2 dans le circuit secondaire 102, il est connu de prévoir un circuit auxiliaire 104. Un tel circuit auxiliaire 104 présente l’inconvénient de prélever de la puissance sur le circuit secondaire 102, ce qui abaisse le rendement global du convertisseur 10. En outre, un tel circuit auxiliaire 104 est complexe, dégrade la fiabilité et est onéreux.
Un des objectifs de la présente demande de brevet est de réaliser un asservissement en courant n’impactant pas le circuit secondaire du convertisseur tout en étant de conception simple et robuste.
PRESENTATION DE L’INVENTION
L’invention concerne un convertisseur de puissance du type DC-DC, comprenant un circuit primaire et un circuit secondaire comprenant respectivement au moins un enroulement primaire et au moins un enroulement secondaire qui sont couplés magnétiquement, le circuit primaire ayant un module de hachage paramétrable configuré pour alimenter l’enroulement primaire avec un courant primaire à partir d’une tension primaire appliquée au circuit primaire de manière à générer une tension secondaire et un courant secondaire dans le circuit secondaire, le convertisseur comprenant au moins un circuit d’asservissement comprenant :
  • un module de mesure configuré pour mesurer un courant primaire de test à partir du courant primaire circulant dans l’enroulement primaire,
  • un module de transformation du courant primaire de test en une tension primaire de test,
  • un module de comparaison de la tension primaire de test à une tension de référence prédéterminée de manière à déterminer un premier écart et
  • un module d’asservissement configuré pour déterminer un paramètre de hachage pour le module hachage à partir dudit premier écart.
Grâce à l’invention, le circuit d’asservissement mesure de manière indirecte le courant secondaire en mesurant un courant primaire de test qui est fonction du courant primaire circulant dans l’enroulement primaire, le courant primaire étant lui-même fonction du courant secondaire que l’on cherche à asservir. Un tel circuit d’asservissement permet d’éviter de prélever de la puissance sur le circuit secondaire. Le rendement du convertisseur n’est ainsi pas pénalisé comme dans l’art antérieur. De plus, le circuit d’asservissement possède une structure robuste. L’asservissement en courant permet ainsi d’augmenter l’intensité lorsque les besoins en puissance d’une charge connectée au circuit secondaire augmentent. Le circuit d’asservissement en courant possède une structure simple et peu onéreuse.
De manière préférée, le premier écart est obtenu sans réaliser de mesure dans le circuit secondaire, en particulier, sans recourir à une alimentation secondaire isolée et indépendante du convertisseur de puissance DC/DC.
De manière préférée, le module de mesure comporte un transformateur comportant un premier enroulement monté en série avec l’enroulement primaire et un deuxième enroulement couplé magnétiquement avec le premier enroulement. Un tel transformateur permet de mesurer une image du courant primaire de manière fidèle.
De préférence, le module d’asservissement est configuré pour déterminer le paramètre de hachage à partir dudit premier écart et d’un deuxième écart déterminé à partir d’une mesure de la tension secondaire. Ainsi, le module d’asservissement permet d’assurer, d’une part, un asservissement en courant et, d’autre part, un asservissement en tension.
Selon un aspect de l’invention, le circuit d’asservissement comprend un module de protection configuré pour émettre un signal de sécurité au module d’asservissement si le courant primaire via le courant primaire de test est supérieur à une valeur prédéterminée. Ainsi, toute fourniture en courant est stoppée en cas de dérive du courant primaire de test, ce qui garantit une protection optimale du convertisseur de puissance DC-DC.
Selon un aspect de l’invention, le module de mesure est configuré pour redresser le courant primaire de test. De manière préférée, le module de mesure comporte au moins deux diodes de redressement. Un courant primaire de test redressé et converti en tension permet de réaliser une comparaison plus pertinente pour déterminer un premier écart.
De préférence, une charge est reliée au circuit secondaire. De manière préférée, la charge est une batterie électrique, en particulier, pour un aéronef. Selon un aspect, le convertisseur est configuré pour fournir une tension secondaire de 28V.
L’invention concerne également un procédé d’utilisation d’un convertisseur de courant tel que présenté précédemment, comprenant des étapes consistant à :
  • Mesurer un courant primaire de test à partir du courant primaire circulant dans l’enroulement primaire,
  • Transformer le courant primaire de test en une tension primaire de test,
  • Comparer la tension primaire de test à une tension de référence prédéterminée de manière à déterminer un premier écart et
  • Déterminer un paramètre de hachage pour le module hachage à partir dudit premier écart.
PRESENTATION DES FIGURES
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables.
La est une représentation schématique d’un convertisseur de puissance comprenant un circuit auxiliaire selon l’art antérieur.
La est une représentation schématique d’un convertisseur de puissance comprenant un circuit d’asservissement selon une forme de réalisation de l’invention.
La est une représentation schématique détaillée du circuit d’asservissement de la , le circuit secondaire du convertisseur n’étant pas représenté.
La est une représentation schématique du courant primaire dans le circuit primaire.
La est une représentation schématique de la mesure du courant primaire de test après redressement.
La est une représentation schématique d’une tension primaire test et d’une tension primaire de référence.
La est une représentation schématique de la tension secondaire et du courant secondaire lorsque les besoins en puissance d’une charge connectée au circuit secondaire augmentent.
Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant.

Claims (9)

  1. Convertisseur de puissance (1), du type DC-DC, comprenant un circuit primaire (C1) et un circuit secondaire (C2) comprenant respectivement au moins un enroulement primaire (E1) et au moins un enroulement secondaire (E2) qui sont couplés magnétiquement, le circuit primaire (C1) ayant un module de hachage (3) paramétrable configuré pour alimenter l’enroulement primaire (E1) avec un courant primaire (I1) à partir d’une tension primaire (V1) appliquée au circuit primaire (C1) de manière à générer une tension secondaire (V2) et un courant secondaire (I2) dans le circuit secondaire (C2), le convertisseur (1) comprenant au moins un circuit d’asservissement (CA) comprenant :
    • un module de mesure (4) configuré pour mesurer un courant primaire de test (I1tst) à partir du courant primaire (I1) circulant dans l’enroulement primaire (E1),
    • un module de transformation (5) du courant primaire de test (I1tst) en une tension primaire de test (U1tst),
    • un module de comparaison (6) de la tension primaire de test (U1tst) à une tension de référence prédéterminée (U1ref) de manière à déterminer un premier écart (ε1) et
    • un module d’asservissement (7) configuré pour déterminer un paramètre de hachage (PARH) pour le module hachage (3) à partir dudit premier écart (ε1).
  2. Convertisseur selon la revendication 1, dans lequel le module de mesure (4) comporte un transformateur (41) comportant un premier enroulement (411) monté en série avec l’enroulement primaire (E1) et un deuxième enroulement (412) couplé magnétiquement avec le premier enroulement (411).
  3. Convertisseur selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel le module d’asservissement (7) est configuré pour déterminer le paramètre de hachage (PARH) à partir dudit premier écart (ε1) et d’un deuxième écart (ε2) déterminé à partir d’une mesure de la tension secondaire (V2).
  4. Convertisseur selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant un module de protection (8) configuré pour émettre un signal de sécurité (RAZ) au module d’asservissement (7) si le courant primaire de test (I1tst) est supérieur à une valeur prédéterminée.
  5. Convertisseur selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le module de mesure (4) est configuré pour redresser le courant primaire de test (I1tst).
  6. Convertisseur selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel une charge (CH) est reliée au circuit secondaire (C2).
  7. Convertisseur selon la revendication 6, dans lequel la charge (CH) est une batterie électrique, en particulier, pour un aéronef.
  8. Convertisseur selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le convertisseur (1) est configuré pour fournir une tension secondaire (V2) de 28V.
  9. Procédé d’utilisation d’un convertisseur de courant (1) selon l’une des revendications 1 à 8, comprenant des étapes consistant à :
    • Mesurer un courant primaire de test (I1tst) à partir du courant primaire (I1) circulant dans l’enroulement primaire (E1),
    • Transformer le courant primaire de test (I1tst) en une tension primaire de test (U1tst),
    • Comparer (6) la tension primaire de test (U1tst) à une tension de référence prédéterminée (U1ref) de manière à déterminer un premier écart (ε1) et
    • Déterminer un paramètre de hachage (PARH) pour le module hachage (3) à partir dudit premier écart (ε1).
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