WO2009053639A2 - Procede de commande d'une alimentation a decoupage et alimentation correspondante - Google Patents

Procede de commande d'une alimentation a decoupage et alimentation correspondante Download PDF

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WO2009053639A2
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switch
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switching power
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WO2009053639A3 (fr
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Mehdi Gati
Ahmed Ketfi-Cherif
Michel Mensler
Philippe Pognant-Gros
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Renault S.A.S.
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Publication of WO2009053639A3 publication Critical patent/WO2009053639A3/fr
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    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Definitions

  • the present invention relates to switching power supplies, and more particularly to switching power supplies.
  • Switching power supplies are electrical elements that make it possible to obtain, from a direct voltage or a direct current, a DC voltage or a DC current of different value.
  • the various electrical equipment or the electric motor can be powered by an energy storage element (for example a battery) and have a higher energy efficiency than the voltage power supply is great.
  • the voltage delivered by the storage element may vary depending on the state of charge thereof.
  • a switching power supply is generally placed between the storage element and the electrical equipment or the electric motor.
  • the switching power supply is intended to modify and control the power supply voltage of the equipment or the motor, in order to maintain their energy efficiency at a high value.
  • the use of a switching power supply creates additional losses in the electrical circuit. More specifically, the case of switched switching power supplies comprising two switches connected in series is considered.
  • the switches are generally bipolar or field effect transistors. They are controlled by opening and closing signals sent periodically and with an offset between the two switches so that the two switches are not at the same time in the same switching state (closed or open).
  • the patent application US 2004/0130307 thus describes a switched switching power supply in which the closing of one transistor is controlled by the opening of the other.
  • the patent application WO 2004/1 14509 relates to a switching power supply in which the duration of the dead time is determined as a function of the voltage across one of the transistors.
  • the patent application US 2006/0152204 uses a control system allowing, from the difference between the output voltage and the reference voltage, to determine the duration of dead time to be applied and to control the conversion.
  • the reduction in downtime remains limited by the technology of the switches used.
  • Another solution is to reduce the control frequency of the switches.
  • this solution leads to an increase in losses in the switching power supply and therefore a decrease in efficiency.
  • the object of the invention is to control a switching power supply so as to limit the losses therein.
  • the object of the invention is also to control a switching power supply at a high switching frequency while limiting the effect of dead time on its response.
  • a method of controlling a switching power supply comprising a switching cell comprising two configurable switches connected in series, and in which the switching cell is cyclically configured: in a conduction state, for a duration T1, in which a first switch is closed and the second switch is open, and in a blocking state, for a duration T2, in which the second switch is closed and the first switch is open.
  • the switching cell is further configured in a transition state, in which the first switch and the second switch are open: for a time Tm I between the blocking state and the conduction state, and during a duration Tm2 between the conduction state and the blocking state, and the durations T 1 and / or T2 are determined as a function of the durations TmI and / or Tm2.
  • the method makes it possible to take into account the duration of the dead times in the control of the switching power supply, so as to correct the effect of the dead times on the response of the switching power supply. More particularly, the method is not intended to minimize the duration of the dead time, but to compensate for its effects by controlling accordingly the respective duration of the blocking state and the conduction state of the power supply. chopping. Thanks to the compensation of dead times, it becomes possible again to increase the switching frequency of the switching power supply, and therefore its performance, despite the technological limitations related to the switches.
  • the durations T 1 and / or T 2 of the conduction and blocking states respectively are determined in a non-linear manner as a function of a desired duty cycle.
  • the method Contrary to servo loops, which only linearly modify the operation of a switched-mode power supply as a function of the difference between the output and the setpoint, the method also makes it possible to compensate for the non-linear effects introduced by idle time. .
  • the durations T 1 and / or T 2 of the conduction and blocking states respectively are determined, as a function of the desired duty cycle, from a nonlinear model dependent on the input voltages V 1 and the output voltage V 2. switching power supply, and times TmI and / or Tm2 transition states.
  • the parameters of the nonlinear model for calculating the duration T 1 and / or T2 of the conduction and blocking states are determined as a function of different quantities of the system, in particular the input and output voltages of the power supply. cutting and the durations of transition states.
  • the desired duty cycle is determined linearly as a function of the difference between the output voltage V2 of the switched-mode power supply and a setpoint voltage Vc.
  • the method may include a linear servo step for matching the desired duty cycle of the switching power supply based on the output signal and the control signal.
  • this control does not alone compensate for the effects of dead time, but it allows to take into account, in a first step, a possible difference between the output voltage and the target voltage.
  • a switching power supply comprising:
  • a switching cell comprising two switches connected in series and configurable in response to a control signal, and control means able to deliver the control signal so as to configure the switching cell cyclically:
  • control means are able to deliver the control signal so as to also configure the switching cell in a transition state, in which the first switch and the second switch are open: for a duration TmI between blocking state and conduction state, and
  • durations T1 and / or T2 are determined by the control means as a function of the durations TmI and / or Tm2.
  • control means comprise a non-linear means receiving a desired duty cycle and delivering the times T1 and / or T2.
  • the nonlinear means comprises a non-linear model dependent on the input voltages V 1 and output V 2 of the switching power supply, and times Tm 1 and / or T 2 0.
  • control means comprise a linear means receiving the difference between the output voltage V2 of the switching power supply and a reference voltage Vc, and delivering the desired duty cycle.
  • a diode is connected in parallel with each switch.
  • a motor vehicle comprising a switching power supply according to the invention.
  • the attached figure shows a switching power supply 1 comprising a switching cell 2 and control means 3.
  • the switching cell 2 comprises two input terminals through which it receives an input voltage V l coming from, for example, storage means such as a battery. It also comprises two output terminals by which it delivers an output voltage V2 for example to electrical equipment or to an electric motor of a motor vehicle.
  • V l input voltage
  • V2 output voltage
  • the first input terminal is connected to the first output terminal
  • the second input terminal is connected to a first terminal of an inductive element 4, for example a coil.
  • the inductive element 4 makes it possible in particular to limit the current during switching of the switches.
  • the switching cell 2 also comprises a first switch 5 and a second switch 6.
  • the switches 5 and 6 are for example bipolar transistors IGBT (in English: “insulated gate bipolar transistor”) or field effect. It is considered in the following description that the two switches 5 and 6 are IGBT transistors.
  • the two switches 5, 6 and the inductive element 4 are connected together, to an electrical node N. More particularly, the node electrical N connects the second terminal of the inductive element 4, the emitter of the first switch 5 and the collector of the second switch 6.
  • the collector of the first switch 5 is connected to the second output terminal of the switching cell 2, while the emitter of the second transistor 6 is connected to the first input terminal and the first output terminal of the switching cell 2.
  • the bases of the two switches 5 and 6 are connected to the control means 3 which can then configure the switching cell 2 in different states.
  • intermediate voltage V3 will be referred to as the voltage between the electrical node N and the first input terminal or the first output terminal of the switching cell.
  • the voltage V3 thus represents the voltage existing between the collector and the emitter of the second switch 6 or the voltage existing between the cathode and the anode of the second diode 8.
  • control means 3 send complementary control signals so as to successively configure the switching cell 2 in two states: a first so-called conduction state in which the first switch 5 is closed and the second switch 6 is open, and a second so-called blocking state in which the first switch 5 is open and the second switch 6 is closed.
  • the current I I flowing in the inductive element 4 is equal to the current 12 flowing in the second output terminal, and the intermediate voltage V3 is equal to the output voltage V2.
  • the current 12 flowing in the second output terminal is zero and the intermediate voltage V3 is zero as well.
  • the control means 3 enable the two configuration states of the switching cell 2 to be alternated successively and periodically.
  • T the period of the control signals
  • the control signals configure the switching cell 2 in FIG. the conduction state during a duration ⁇ T (where ⁇ is the duty ratio and is between 0 and 1) and in the blocking state for a duration T- ⁇ T, then a conversion of the voltage and the current is obtained according to the relations (1) and ( 2):
  • the notation ⁇ x> denotes the average time value of the quantity x.
  • the response time of the switches 5, 6 is not zero and there is a risk, at each change of configuration of the switching cell 2, that the two switches are found in the same state (closed or open) this can create problems, including short circuit of the output voltage V2 when the two switches 5, 6 are closed.
  • the control means 3 thus introduce a transition state during the transition from the conduction state to the blocking state and during the transition from the blocking state to the conduction state.
  • the two switches 5, 6 are open for a duration called dead time.
  • TmI the duration of the transition state during the transition from the blocking state to the conduction state
  • Tm2 the duration of the transition state during the transition from the conduction state to the blocking state
  • the diodes 7, 8, called “freewheeling” allow the current II to flow, according to its sign, to the first or the second output terminal of the switching cell 2.
  • the current II is canceled during the duration of a transition state, it remains until the end of the transition state, which modifies the response of the switching cell 2 making it in particular non-linear.
  • control means 3 adapt the control signals of the switches 5, 6 in order to compensate for the effect of the transition states on the response of the switching cell 2 So, in in addition to reducing the duration of the transition states, their effects are also compensated, in particular by modifying the desired duty cycle ⁇ , so as to keep the switching frequency (1 / T) of the switching cell 2 high.
  • ⁇ V3> F (a, ⁇ V2>, ⁇ V>, Tm) (3).
  • ⁇ m Tm / T
  • the non-linear means 9 can then calculate the durations T1 and T2 and control the switches 5, 6 accordingly. This results in a less non-linear behavior of the switching cell 2 by taking into account dead times. In addition, it is possible to work at a high switching frequency with limited deterioration of the output signal.
  • the control means 3 may also comprise a linear loopback system for correcting drifts or deviations that may appear in the switching cell 2.
  • the control means 3 may comprise a linear means 10 for determining the desired duty cycle. as a function of the difference between, for example, the output voltage V2 and a set voltage Vc. It is a slaving of the switching power supply 1 making it possible to obtain, at the output, a voltage V2 close to the setpoint voltage Vc.
  • the linear means 10 thus receives the output voltage V2 and the setpoint voltage Vc, and then determines in a linear manner, as a function of the difference between these two voltages, the desired duty cycle ⁇ .
  • the desired duty cycle ⁇ is determined so as to obtain an output voltage V2 equal to the set voltage Vc, but it does not take into account dead time periods: it is therefore delivered to the non-linear means 9 to obtain the ratio corrected cyclic ⁇ '.
  • Switched-mode power supply 1 thus makes it possible to limit the effects of dead times on the response of the switching cell, in particular by modeling the non-linear components of the response and by modifying the control of the switches so as to compensate for these non-linear components. linear.
  • the invention is not limited solely to the embodiment described above. In particular, the invention also applies to a switching cell comprising a plurality of circuits connected in parallel between the input terminals and the output terminals, and each comprising two switches, two diodes and an inductive element as described above.
  • the switching power supply according to the invention can also be used to power upstream DC-AC converters, themselves supplying electrical equipment.
  • It may also include a filtering capacitor connected between the output terminals of the switching cell.
  • the invention is preferably used as a switching power supply voltage booster type, and applied in particular to the field of motor vehicles.
  • a switching power supply according to the invention between the storage means and the electrical equipment, it becomes possible to increase the energy efficiency by increasing the output voltage.
  • the invention can also be applied to switch-mode power supplies of the step-down type, or to step-up or step-down switch mode power supplies.

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Abstract

L'invention concerne unprocédé de commande d'une alimentation à découpage (1) comprenant une cellule de commutation (2) comportant deux interrupteurs (5, 6) configurables montés en série, dans lequel on configure cycliquement la cellule de commutation (2): dans un état de conduction, pendant une durée T1,dans lequel un premier interrupteur (5) est fermé et le deuxième interrupteur (6) est ouvert, et; dans un état de blocage, pendant une durée T2, dans lequel le deuxième interrupteur (6) est fermé et le premier interrupteur (5) est ouvert. En particulier, on configure en outre la cellule de commutation (2) dans un état de transition, dans lequel le premier interrupteur (5) et le deuxième interrupteur (6) sont ouverts: pendant une durée Tm1 entre l'état de blocage et l'état de conduction, et; pendant une durée Tm2 entre l'état de conduction et l'état de blocage, et on détermine les durées T1 et/ou T2 des états de conduction et de blocage respectivement en fonction des durées Tm1 et/ou Tm2 des états de transition.

Description

Procédé de commande d'une alimentation à découpage et alimentation correspondante
La présente invention concerne les alimentations à découpage, et plus particulièrement celles à commutation.
Les alimentations à découpage sont des éléments électriques permettant d'obtenir, à partir d'une tension continue ou d'un courant continu, une tension continue ou un courant continu de valeur différente. Ainsi, dans le cas de véhicules automobiles hybrides ou électriques, les différents équipements électriques ou le moteur électrique peuvent être alimentés par un élément de stockage d' énergie (par exemple une batterie) et présentent un rendement énergétique d' autant plus élevé que la tension d' alimentation est grande. Or, la tension délivrée par l' élément de stockage peut varier en fonction de l' état de charge de celui-ci.
Afin de garder une tension d' alimentation toujours élevée quelque soit l' état de charge de l' élément de stockage, une alimentation à découpage est généralement placée entre l' élément de stockage et les équipements électriques ou le moteur électrique. L ' alimentation à découpage a pour but de modifier et de contrôler la tension d' alimentation des équipements ou du moteur, afin de maintenir leur rendement énergétique à une valeur élevée. Cependant, l'utilisation d'une alimentation à découpage créé des pertes supplémentaires dans le circuit électrique. Plus spécifiquement, on considère le cas des alimentations à découpage à commutation comprenant deux interrupteurs montés en série. Les interrupteurs sont généralement des transistors bipolaires ou à effet de champ. Ils sont commandés par des signaux d'ouverture et de fermeture envoyés périodiquement et avec un décalage entre les deux interrupteurs de manière à ce que les deux interrupteurs ne soient pas en même temps dans le même état de commutation (fermé ou ouvert).
En alternant périodiquement les deux configurations et en faisant varier la durée d'une configuration pendant une période, il est possible d'obtenir une valeur de tension et/ou de courant voulue à la sortie de l'alimentation à découpage. Cependant, le temps de réponse des interrupteurs au signal de commande n'est pas nul, et cela entraîne un risque d' avoir les deux interrupteurs dans le même état de commutation en même temps. Ainsi, si les deux interrupteurs sont fermés en même temps, il y a risque de court-circuiter l' élément de stockage ou l' équipement électrique.
Pour éviter la configuration dans laquelle les deux interrupteurs de l'alimentation à découpage sont fermés en même temps, on prévoit, à chaque changement de configuration de l' alimentation à découpage, une durée durant laquelle les deux interrupteurs sont ouverts. Cependant, ces durées, dites de temps mort, provoquent une réponse non-linéaire de l' alimentation à découpage, et cette non-linéarité augmente avec le rapport de la durée de temps mort sur la durée d'une période.
Une solution pour limiter la non-linéarité du système est d' adapter la durée des temps morts, notamment en la minimisant. La demande de brevet US 2004/0130307 décrit ainsi une alimentation à découpage à commutation dans laquelle la fermeture d'un transistor est commandée par l'ouverture de l' autre. La demande de brevet WO 2004/1 14509 concerne une alimentation à découpage dans laquelle la durée des temps morts est déterminée en fonction de la tension aux bornes d'un des transistors. Enfin, la demande de brevet US 2006/0152204 utilise un système de commande permettant, à partir de l' écart entre la tension de sortie et la tension de référence, de déterminer la durée de temps mort à appliquer et de contrôler la conversion. Cependant, la diminution des temps morts reste limitée par la technologie des interrupteurs utilisés. Une autre solution consiste à diminuer la fréquence de commande des interrupteurs. Cependant, cette solution entraîne une augmentation des pertes dans l' alimentation à découpage et donc une diminution du rendement.
Le but de l'invention est de commander une alimentation à découpage de manière à limiter les pertes dans celle-ci.
Le but de l'invention est également de commander une alimentation à découpage à une fréquence de commutation élevée tout en limitant l' effet des temps morts sur sa réponse.
Selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de commande d'une alimentation à découpage comprenant une cellule de commutation comportant deux interrupteurs configurables montés en série, et dans lequel on configure cycliquement la cellule de commutation : dans un état de conduction, pendant une durée T l , dans lequel un premier interrupteur est fermé et le deuxième interrupteur est ouvert, et dans un état de blocage, pendant une durée T2, dans lequel le deuxième interrupteur est fermé et le premier interrupteur est ouvert.
Selon le procédé, on configure en outre la cellule de commutation dans un état de transition, dans lequel le premier interrupteur et le deuxième interrupteur sont ouverts : pendant une durée Tm I entre l' état de blocage et l' état de conduction, et pendant une durée Tm2 entre l' état de conduction et l 'état de blocage, et on détermine les durées T l et/ou T2 en fonction des durées TmI et/ou Tm2. Ainsi, le procédé permet de prendre en compte la durée des temps morts dans la commande de l' alimentation à découpage, de manière à corriger l'effet des temps morts sur la réponse de l' alimentation à découpage. Plus particulièrement, le procédé n' a pas pour but de réduire au maximum la durée des temps morts, mais de compenser ses effets en contrôlant en conséquence la durée respective de l'état de blocage et de l'état de conduction de l' alimentation à découpage. Grâce à la compensation des temps morts, il devient à nouveau possible d' augmenter la fréquence de commutation de l' alimentation à découpage, et donc ses performances, malgré les limitations technologiques liées aux interrupteurs.
Préférentiellement, on détermine, de manière non-linéaire en fonction d'un rapport cyclique voulu, les durées T l et/ou T2 des états de conduction et de blocage respectivement.
Contrairement aux boucles d' asservissement, qui modifient uniquement de manière linéaire le fonctionnement d'une alimentation à découpage en fonction de l'écart entre la sortie et la consigne, le procédé permet également de compenser les effets non-linéaires introduits par les temps morts.
Préférentiellement, on détermine, en fonction du rapport cyclique voulu, les durées T l et/ou T2 des états de conduction et de blocage respectivement, à partir d'un modèle non-linéaire dépendant des tensions d' entrée V l et de sortie V2 de l' alimentation à découpage, et des durées TmI et/ou Tm2 des états de transition. Les paramètres du modèle non-linéaire permettant de calculer les durées T l et/ou T2 des états de conduction et de blocage, sont déterminés en fonction de différentes grandeurs du système, notamment les tensions d' entrée et de sortie de l' alimentation à découpage et les durées des états de transition.
Préférentiellement, le rapport cyclique voulu est déterminé de manière linéaire en fonction de l' écart entre la tension de sortie V2 de l' alimentation à découpage et une tension de consigne Vc.
Le procédé peut comprendre une étape d' asservissement linéaire permettant d'adapter le rapport cyclique voulu de l' alimentation à découpage en fonction du signal de sortie et du signal de commande. En particulier, cet asservissement ne permet pas, seul, de compenser les effets des temps morts, mais il permet de prendre en compte, dans un premier temps, un écart éventuel entre la tension de sortie et la tension de consigne.
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé une l' alimentation à découpage comprenant :
- une cellule de commutation comportant deux interrupteurs montés en série et configurables en réponse à un signal de commande, et - des moyens de commande aptes à délivrer le signal de commande de façon à configurer cycliquement la cellule de commutation :
- dans un état de conduction dans lequel un premier interrupteur est fermé et le deuxième interrupteur est ouvert, et
- dans un état de blocage dans lequel le deuxième interrupteur est fermé et le premier interrupteur est ouvert.
Selon l' invention, les moyens de commande sont aptes à délivrer le signal de commande de façon à configurer également la cellule de commutation dans un état de transition, dans lequel le premier interrupteur et le deuxième interrupteur sont ouverts : - pendant une durée TmI entre l' état de blocage et l' état de conduction, et
- pendant une durée Tm2 entre l'état de conduction et l'état de blocage, et les durées T l et/ou T2 sont déterminées par les moyens de commande en fonction des durées TmI et/ou Tm2.
Préférentiellement, les moyens de commande comprennent un moyen non-linéaire recevant un rapport cyclique voulu et délivrant les durées T l et/ou T2. Préférentiellement, le moyen non-linéaire comprend un modèle non-linéaire dépendant des tensions d' entrée V l et de sortie V2 de l' alimentation à découpage, et des durées TmI et/ou Tm2.
Préférentiellement, les moyens de commande comprennent un moyen linéaire recevant l'écart entre la tension de sortie V2 de l' alimentation à découpage et une tension de consigne Vc, et délivrant le rapport cyclique voulu.
Préférentiellement, une diode est montée en parallèle de chaque interrupteur. Selon un autre aspect, il est proposé un véhicule automobile comprenant une alimentation à découpage selon l' invention.
D ' autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par le dessin annexé.
La figure annexée représente une alimentation à découpage 1 comprenant une cellule de commutation 2 et des moyens de commande 3.
La cellule de commutation 2 comprend deux bornes d' entrée par lesquelles elle reçoit une tension d' entrée V l provenant, par exemple d'un moyen de stockage tel qu'une batterie. Elle comprend également deux bornes de sortie par lesquelles elle délivre une tension de sortie V2 par exemple à des équipements électriques ou à un moteur électrique d'un véhicule automobile. Dans l' exemple illustré sur la figure annexée, la première borne d' entrée est reliée à la première borne de sortie, tandis que la deuxième borne d' entrée est reliée à une première borne d'un élément inductif 4, par exemple une bobine. L 'élément inductif 4 permet notamment de limiter le courant lors des commutations des interrupteurs.
La cellule de commutation 2 comprend également un premier interrupteur 5 et un deuxième interrupteur 6. Les interrupteurs 5 et 6 sont par exemple des transistors bipolaires IGBT (en anglais : « insulated gâte bipolar transistor ») ou à effet de champ. On considère dans la suite de la description que les deux interrupteurs 5 et 6 sont des transistors IGBT.
Les deux interrupteurs 5 , 6 et l' élément inductif 4 sont reliés ensemble, à un nœud électrique N. Plus particulièrement, le nœud électrique N relie la deuxième borne de l' élément inductif 4, l' émetteur du premier interrupteur 5 et le collecteur du deuxième interrupteur 6. Le collecteur du premier interrupteur 5 est relié à la deuxième borne de sortie de la cellule de commutation 2, tandis que l' émetteur du deuxième transistor 6 est relié à la première borne d' entrée et à la première borne de sortie de la cellule de commutation 2. Les bases des deux interrupteurs 5 et 6 sont reliées aux moyens de commande 3 qui peuvent configurer alors la cellule de commutation 2 dans différents états. En parallèle du premier interrupteur 5 et du deuxième interrupteur 6 sont montées respectivement une première diode 7 et une deuxième diode 8, les cathodes de la première diode 7 et de la deuxième diode 8 étant reliées respectivement au collecteur du premier interrupteur 5 et du deuxième interrupteur 6. On appellera, dans la suite de la description, tension intermédiaire V3 la tension entre le nœud électrique N et la première borne d' entrée ou la première borne de sortie de la cellule de commutation. La tension V3 représente donc la tension existant entre le collecteur et l' émetteur du deuxième interrupteur 6 ou bien la tension existant entre la cathode et l'anode de la deuxième diode 8.
En théorie, les moyens de commande 3 envoient des signaux de commande complémentaires de manière à configurer successivement la cellule de commutation 2 dans deux états : un premier état dit de conduction dans lequel le premier interrupteur 5 est fermé et le deuxième interrupteur 6 est ouvert, et un deuxième état dit de blocage dans lequel le premier interrupteur 5 est ouvert et le deuxième interrupteur 6 est fermé.
Dans l 'état de conduction, le courant I I circulant dans l' élément inductif 4 est égal au courant 12 circulant dans la deuxième borne de sortie, et la tension intermédiaire V3 est égale à la tension de sortie V2. Dans l' état de blocage, le courant 12 circulant dans la deuxième borne de sortie est nul et la tension intermédiaire V3 est nulle aussi.
Les moyens de commande 3 permettent d' alterner successivement et périodiquement les deux états de configuration de la cellule de commutation 2. Ainsi, lorsque la période des signaux de commande est égale à T et que les signaux de commande configurent la cellule de commutation 2 dans l'état de conduction pendant une durée αT (où α est le rapport cyclique et est compris entre 0 et 1 ) et dans l' état de blocage pendant une durée T-αT, alors on obtient une conversion de la tension et du courant selon les relations (1 ) et (2) :
< V2 > = — < V3 > ( 1 ) α
< /2 > = α < /l > (2),
où la notation <x> désigne la valeur moyenne temporelle de la grandeur x. En pratique, le temps de réponse des interrupteurs 5 , 6 n'est pas nul et il existe un risque, à chaque changement de configuration de la cellule de commutation 2, que les deux interrupteurs se retrouvent dans le même état (fermé ou ouvert) ce qui peut créer des problèmes, notamment de court-circuit de la tension de sortie V2 lorsque les deux interrupteurs 5 , 6 sont fermés.
Les moyens de commande 3 introduisent donc un état de transition lors du passage de l' état de conduction à l' état de blocage et lors du passage de l' état de blocage à l' état de conduction. Dans cet état de transition, les deux interrupteurs 5 , 6 sont ouverts pendant une durée dite de temps mort. On appellera dans la suite de la description,
TmI la durée de l'état de transition lors du passage de l' état de blocage à l' état de conduction, et Tm2 la durée de l' état de transition lors du passage de l' état de conduction à l' état de blocage.
On considérera dans la suite de la description, à des fins de simplification, que : Tml =Tm2=Tm.
Pendant les états de transition, les diodes 7, 8 , dites « de roue libre », permettent au courant I I de circuler, selon son signe, vers la première ou la deuxième borne de sortie de la cellule de commutation 2. Cependant, lorsque le courant I I s ' annule pendant la durée d'un état de transition, il le reste jusqu' à la fin de l' état de transition, ce qui modifie la réponse de la cellule de commutation 2 en la rendant notamment non-linéaire.
Afin de garder la réponse de la cellule de commutation 2 aussi linéaire que possible, les moyens de commande 3 adaptent les signaux de commande des interrupteurs 5 , 6 afin de compenser l' effet des états de transition sur la réponse de la cellule de commutation 2. Ainsi, en plus de la réduction des durées des états de transition, on compense également leurs effets, notamment par la modification du rapport cyclique voulu α, de manière à pouvoir garder la fréquence de commutation ( 1/T) de la cellule de commutation 2 élevée.
Les effets non-linéaires des états de transition sur la réponse de la cellule de commutation 2 peuvent s' écrire sous la forme (3) :
< V3 > = F(a,< V2 >,< V\ >,Tm) (3).
Pour compenser ces effets, on peut modifier le rapport cyclique voulu α en rapport cyclique corrigé α' de manière à retrouver une relation linéaire entre la tension <V3> et la tension <V2>, de la forme ( 1 ') suivante :
< Vl > = — < V3 > ce'
En contrôlant la cellule de commutation 2 avec le rapport cyclique corrigé α' ainsi déterminé, on peut alors compenser au moins en partie la non-linéarité de la réponse de la cellule de commutation 2 et donc garder une fréquence de commutation élevée.
En particulier, les moyens de commande 3 peuvent utiliser le système d' équations non-linéaire (4) suivant pour calculer α' , et en déduire ensuite les durées T l =α'T-Tml et T2=T-α'T-Tm2 :
Figure imgf000009_0001
dans lequel αm=Tm/T, et les paramètres (X1 , α2, (X3, ou sont déterminés en fonction de V l et V2. En particulier, les paramètres (X1 , α2, 013, ou peuvent être déterminés à partir de valeurs mémorisées, ou bien par calcul théorique ou bien encore par identification expérimentale. On constate, à partir du système d'équations (4) que le rapport cyclique corrigé α' ne varie pas de manière proportionnelle en fonction du rapport cyclique voulu α. En particulier, la variation du rapport cyclique corrigé α' en fonction du rapport cyclique voulu α n' est pas constante mais dépend de la valeur du rapport cyclique α. On observe donc bien une correction non-linéaire du rapport cyclique voulu α.
Le moyen non-linéaire 9 peut alors calculer les durées T l et T2 et commander les interrupteurs 5 , 6 en conséquence. On obtient ainsi un comportement moins non-linéaire de la cellule de commutation 2 grâce à la prise en compte des temps morts. De plus, il est possible de travailler à une fréquence de commutation élevée avec une détérioration limitée du signal de sortie.
Les moyens de commande 3 peuvent également comprendre un système de bouclage linéaire permettant de corriger des dérives ou des écarts pouvant apparaître dans la cellule de commutation 2. Ainsi, les moyens de commande 3 peuvent comprendre un moyen linéaire 10 permettant de déterminer le rapport cyclique voulu en fonction de l' écart entre, par exemple la tension de sortie V2 et une tension de consigne Vc. Il s 'agit d'un asservissement de l' alimentation à découpage 1 permettant d'obtenir en sortie, une tension V2 proche de la tension de consigne Vc. Le moyen linéaire 10 reçoit ainsi la tension de sortie V2 et la tension de consigne Vc, puis détermine de manière linéaire, en fonction de l' écart entre ces deux tensions, le rapport cyclique voulu α. Le rapport cyclique voulu α est déterminé de manière à obtenir une tension de sortie V2 égale à la tension de consigne Vc, mais il ne tient pas compte des durées de temps mort : il est donc délivré au moyen non-linéaire 9 pour obtenir le rapport cyclique corrigé α' . L ' alimentation à découpage 1 permet donc de limiter les effets de temps morts sur la réponse de la cellule de commutation, en modélisant notamment les composantes non-linéaires de la réponse et en modifiant la commande des interrupteurs de manière à compenser ces composantes non-linéaires. L 'invention n'est pas limitée uniquement au mode de réalisation décrit précédemment. En particulier, l'invention s ' applique également à une cellule de commutation comprenant plusieurs circuits montés en parallèle entre les bornes d' entrée et les bornes de sortie, et comprenant chacun deux interrupteurs, deux diodes et un élément inductif tels que décrits précédemment.
De même, l' alimentation à découpage selon l'invention peut également être utilisée pour alimenter des convertisseurs DC-AC montés en aval, alimentant eux-mêmes des équipements électriques.
Elle peut comprendre également une capacité de filtrage reliée entre les bornes de sortie de la cellule de commutation.
Enfin, l'invention est préférentiellement utilisée en tant qu'alimentation à découpage de type élévateur de tension, et appliquée notamment au domaine des véhicules automobiles. Ainsi, en plaçant une alimentation à découpage selon l'invention entre le ou les moyens de stockage et les équipements électriques, il devient possible d' en augmenter le rendement énergétique par augmentation notamment de la tension de sortie. Toutefois, l'invention peut s'appliquer également aux alimentations à découpage de type abaisseur de tension, ou encore aux alimentations à découpage de type élévateurs ou abaisseur de courant.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de commande d'une alimentation à découpage ( 1 ) comprenant une cellule de commutation (2) comportant deux interrupteurs (5 , 6) configurables montés en série, dans lequel on configure cycliquement la cellule de commutation (2) : dans un état de conduction, pendant une durée T l , dans lequel un premier interrupteur (5) est fermé et le deuxième interrupteur (6) est ouvert, et - dans un état de blocage, pendant une durée T2, dans lequel le deuxième interrupteur (6) est fermé et le premier interrupteur (5) est ouvert, caractérisé en ce qu' on configure en outre la cellule de commutation (2) dans un état de transition, dans lequel le premier interrupteur (5) et le deuxième interrupteur (6) sont ouverts : pendant une durée Tm I entre l ' état de blocage et l' état de conduction, et pendant une durée Tm2 entre l ' état de conduction et l' état de blocage, et en ce qu' on détermine les durées T l et/ou T2 en fonction des durées Tm I et/ou Tm2.
2. Procédé de commande selon la revendication 1 dans lequel on détermine, de manière non-linéaire en fonction d'un rapport cyclique voulu (α), les durées T l et/ou T2.
3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel on détermine, en fonction du rapport cyclique voulu (α), les durées T l et/ou T2, à partir d'un modèle non-linéaire dépendant des tensions d' entrée V l et de sortie V2 de l ' alimentation à découpage, et des durées Tm I et/ou Tm2.
4. Procédé de commande selon l'une des revendications 2 à
3 dans lequel le rapport cyclique voulu (α) est déterminé de manière linéaire en fonction de l' écart entre la tension de sortie V2 de l' alimentation à découpage et une tension de consigne Vc.
5. Alimentation à découpage ( 1 ) comprenant : - une cellule de commutation comportant deux interrupteurs (5 , 6) montés en série et configurables en réponse à un signal de commande, et - des moyens de commande (3) aptes à délivrer le signal de commande de façon à configurer cycliquement la cellule de commutation (2) :
- dans un état de conduction, pendant une durée T l , dans lequel un premier interrupteur (5) est fermé et le deuxième interrupteur (6) est ouvert, et
- dans un état de blocage, pendant une durée T2, dans lequel le deuxième interrupteur (6) est fermé et le premier interrupteur (5) est ouvert, caractérisée en ce que les moyens de commande (3) sont aptes à délivrer le signal de commande de façon à configurer également la cellule de commutation (2) dans un état de transition, dans lequel le premier interrupteur (5) et le deuxième interrupteur (6) sont ouverts : pendant une durée Tm I entre l ' état de blocage et l' état de conduction, et pendant une durée Tm2 entre l' état de conduction et l' état de blocage, et en ce que les durées T l et/ou T2 sont déterminées par les moyens de commande (3) en fonction des durées Tm I et/ou Tm2.
6. Alimentation à découpage ( 1 ) selon la revendication 5 dans laquelle les moyens de commande (3) comprennent un moyen non-linéaire (9) recevant un rapport cyclique voulu (α) et délivrant les durées T l et/ou T2.
7. Alimentation à découpage ( 1 ) selon la revendication 6 dans laquelle le moyen non-linéaire (9) comprend un modèle non- linéaire dépendant des tensions d' entrée V l et de sortie V2 de l' alimentation à découpage, et des durées Tm I et/ou Tm2.
8. Alimentation à découpage ( 1 ) selon l'une des revendications 6 à 7 dans laquelle les moyens de commande (3) comprennent un moyen linéaire ( 10) recevant l'écart entre la tension de sortie V2 de l'alimentation à découpage et une tension de consigne Vc, et délivrant le rapport cyclique voulu (α).
9. Alimentation à découpage ( 1 ) selon l'une des revendications 5 à 8 dans laquelle une diode (7, 8) est montée en parallèle de chaque interrupteur (5 , 6).
10. Véhicule automobile comprenant une alimentation à découpage ( 1 ) selon l'une des revendications 5 à 9.
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