FR2634329A1 - Backed-up electrical supply device - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif d'alimentation électrique secourue. Emergency power supply device.
La présente invention concerne un dispositif d'alimentation électrique secourue. The present invention relates to a backup power supply device.
Les dispositifs d'alimentation électrique secourue sont insérés entre le secteur d'alimentation électrique et une charge pour garantir la permanence de L'aLimentation de La charge, meme en cas de coupure du secteur. De tels dispositifs sont communément utilisés pour L'alimentation électrique de systèmes informatiques. The back-up power supply devices are inserted between the power supply sector and a load to guarantee that the load is always supplied, even in the event of a power cut. Such devices are commonly used for the power supply of computer systems.
Différents types de dispositifs d'alimentation électrique secourue sont connus. Different types of emergency power supply devices are known.
Dans les dispositifs de type dit permanent", une batterie d'accumulateurs est insérée entre un chargeur alimenté par le secteur et un onduleur qui alimente la charge. Avec un tel montage, une coupure du secteur ou le rétablissement de celui-ci après une coupure ne se traduit par aucune interruption de l'alimentation de la charge, meme sous forme de micro-coupure. In devices of the so-called permanent type, a storage battery is inserted between a charger supplied by the sector and an inverter which supplies the load. With such an arrangement, a power cut or the restoration of the latter after a cut does not result in any interruption in the supply of the load, even in the form of micro-cuts.
Toutefois, il est nécessaire de dimensionner le chargeur en fonction de la puissance demandée par la charge et, le cas échéant, par la recharge de la batterie.However, it is necessary to size the charger according to the power required by the charge and, if necessary, by the recharging of the battery.
A l'inverse, dans les dispositifs de type dit "stand-by", un commutateur connecte la charge, soit à une première borne directement reliée au secteur, soit à une deuxième borne en sortie d'un circuit comprenant successivement un chargeur alimenté par le secteur, une batterie et un onduleur. La commutation de l'alimentation de la charge sur La deuxième borne est commandée en réponse à la détection d'une coupure du secteur, la commutation inverse étant commandée par la détection du rétablissement du secteur après coupure. Dans un tel dispositif, il suffit de dimensionner Le chargeur pour fournir La puissance nécessaire à La recharge de la batterie. Toutefois, la commutation de L'alimentation de La charge se traduit par une micro-coupure qui, dans certains cas, peut être nuisible au bon fonctionnement de La charge. Conversely, in devices of the so-called "stand-by" type, a switch connects the load, either to a first terminal directly connected to the mains, or to a second terminal at the output of a circuit successively comprising a charger supplied by the sector, a battery and an inverter. The switching of the load supply to the second terminal is controlled in response to the detection of a power cut, the reverse switching being controlled by the detection of the restoration of the power sector after cut. In such a device, it is sufficient to size the charger to provide the power necessary for recharging the battery. However, switching the power supply to the load results in a micro-cut which, in certain cases, can be detrimental to the proper functioning of the load.
Sont également connus des dispositifs à pont en H haute tension qui ne présentent pas les inconvénients des dispositifs précités de type "permanent" ou "stand-by". La charge est aLimentée par un onduleur auquel le secteur est relié par deux circuits branchés en parallèle : un premier circuit comprenant un redresseur et un deuxième circuit comprenant un chargeur, une batterie et un convertisseur continu-continu élévateur de tension. Un filtre de puissance est branché à La sortie de L'onduleur. Ainsi, la charge est alimentée en permanence, sans micro-coupures, et iL n'est pas nécessaire de dimensionner le chargeur en fonction de La puissance demandée par la charge. Toutefois, le montage requiert un nombre relativement élevé de composants magnétiques et un condensateur de filtrage de puissance lourds et coûteux. High voltage H-bridge devices are also known which do not have the drawbacks of the above-mentioned devices of the "permanent" or "stand-by" type. The load is supplied by an inverter to which the sector is connected by two circuits connected in parallel: a first circuit comprising a rectifier and a second circuit comprising a charger, a battery and a DC step-up converter. A power filter is connected to the output of the inverter. Thus, the load is supplied continuously, without micro-cuts, and iL is not necessary to size the charger according to the power requested by the load. However, the assembly requires a relatively large number of magnetic components and a heavy and expensive power filtering capacitor.
Aussi, la présente invention a-t-elie pour Dut de fournir un dispositif d'alimentation électrique secourue qui ne présente aucun des inconvénients des dispositifs connus, c'est-à-dire qui permet de disposer d'une alimentation permanente sans microcoupures, sans surdimensionnement du chargeur de batterie par rapport à ce qui est nécessaire à La charge de la batterie, sans condensateur haute tension de forte capacité et avec un nombre limité de composants magnétiques. Also, the present invention has for Dut to provide a backup electrical power supply device which does not have any of the drawbacks of known devices, that is to say which allows to have a permanent power supply without blackouts, without oversizing the battery charger compared to what is necessary to charge the battery, without high capacity high voltage capacitor and with a limited number of magnetic components.
Ce but est atteint grâce à un dispositif comportant, conformément à L'invention :
- un redresseur double alternance dont l'entrée est reliée aux bornes d'entrée du dispositif pour recevoir la tension fournie par le secteur d'alimentation électrique et délivrer en sortie une tension sinusoidale redressée double alternance,
- un convertisseur unipolaire-unipolaire bidirectionnel élévateur-abaisseur dont Le côté basse tension est relié à la batterie d'accumulateurs et Le côté haute tension est relié à La sortie du redresseur double alternance, et
- un circuit d'élaboration de tension alternative -sinu soidale dont L'entrée est reliée en commun à la sortie du redresseur double alternance et au coté haute tension du convertisseur et dont La sortie est reliée aux bornes de sortie du dispositif.This object is achieved by a device comprising, in accordance with the invention:
- a full-wave rectifier, the input of which is connected to the input terminals of the device to receive the voltage supplied by the power supply sector and to deliver at its output a half-wave rectified sinusoidal voltage,
a bidirectional unipolar-unipolar step-up-step-down converter whose low voltage side is connected to the storage battery and the high voltage side is connected to the output of the full-wave rectifier, and
- a circuit for developing alternating voltage -substantially, the input of which is connected in common to the output of the full-wave rectifier and on the high-voltage side of the converter and the output of which is connected to the output terminals of the device.
Le convertisseur unipolaire-unipolaire bidirectionnel est de préférence un convertisseur à découpage à commande par modulation de largeur d'impulsion permettant d'obtenir une tension sinusoidale redressée à partir d'une tension continue, et inversement. Avantageusement, Le convertisseur est réalisé suivant le modèle du convertisseur continu-continu Cuk, modifié pour être rendu bidirectionnel, ce qui permet de disposer, de chaque coté du convertisseur, de tensions présentant peu d'ondulations rési douelles. The bidirectional unipolar-unipolar converter is preferably a switching converter controlled by pulse width modulation making it possible to obtain a rectified sinusoidal voltage from a direct voltage, and vice versa. Advantageously, the converter is produced according to the model of the continuous-continuous converter Cuk, modified to be made bidirectional, which makes it possible to have, on each side of the converter, voltages having few residual ripples.
Le circuit d'élaboration de tension aLternative est conçu pour produire une tension alternative sinusoidale à partir d'une tension sinusoidale redressée double alternance. Il est par exemple constitué par un double inverseur commandé. The alternating voltage development circuit is designed to produce a sinusoidal alternating voltage from a rectified sinusoidal alternating voltage. It is for example constituted by a double controlled inverter.
Selon une autre particularité du dispositif conforme à l'invention, un interrupteur unidirectionnel commandé est inséré à la sortie du redresseur double alternance, l'ouverture de l'inter- rupteur étant déclenchée en réponse à une coupure du secteur afin d'éviter un retour asynchrone de la tension secteur redressée double alternance au moment du rétabLissement du secteur. L'ouverture de L'interrupteur peut également être provoquée en réponse à une brusque variation de phase du secteur. Après le. rétablissement du secteur, la fermeture de l'interrupteur est commandée lorsque le convertisseur est synchronisé sur le secteur. According to another particular feature of the device according to the invention, a controlled unidirectional switch is inserted at the output of the full-wave rectifier, the opening of the switch being triggered in response to a power cut in order to avoid a return asynchronous full-wave rectified mains voltage when the mains is restored. The opening of the switch can also be caused in response to an abrupt phase variation in the mains. After the. restoration of the sector, the closing of the switch is commanded when the converter is synchronized with the sector.
D'autres particularités et avantages du dispositif selon l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation électrique secourue conforme à L'invention, et
- Les figures 2 à 4 illustrent de façon détaillée différents circuits du dispositif de la figure 1.Other features and advantages of the device according to the invention will emerge on reading the description given below, by way of indication but not limitation, with reference to the appended drawings, in which
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a backup electrical power supply device according to the invention, and
- Figures 2 to 4 illustrate in detail different circuits of the device of Figure 1.
Le dispositif illustré par la figure 1 a deux bornes d'entrée El, E2 destinées à être raccordées au secteur d'aLimentation électrique et deux bornes de sortie S1, s2 destinées à être raccordées à une charge, par exemple une machine informatique (non représentée) dont L'alimentation électrique ne doit pas être perturbée en cas de coupure ou de baisse de tension. The device illustrated in FIG. 1 has two input terminals El, E2 intended to be connected to the power supply sector and two output terminals S1, s2 intended to be connected to a load, for example a computer machine (not shown ) whose power supply must not be disturbed in the event of a power cut or drop.
La tension alternative sinusoidale du secteur présente sur les bornes d'entrée El, E2 est redressée au moyen d'un circuit redresseur double alternance 10 à pont de diodes. La sortie du redresseur 10 est reliée par un interrupteur unidirectionnel 12 à un point P. The sinusoidal alternating voltage of the sector present on the input terminals El, E2 is rectified by means of a full-wave rectifier circuit 10 with diode bridge. The output of rectifier 10 is connected by a unidirectional switch 12 to a point P.
La référence 20 désigne un convertisseur unipolaireunipolaire bidirectionnel abaisseur-élévateur de tension. Le convertisseur 20, dont un mode de réaLisation est décrit pLus loin de façon détaillée, est avantageusement un convertisseur du type à découpaae commandé par modulation de largeur d'impulsion (commande dite "FWM") permettant d'obtenir une tension de sortie ayant une forme d'onde unipolaire quelconque à partir d'une tension d'entrée ayant une forme d'onde unipolaire quelconque.Dans l'application envisagée, le convertisseur est réalisé spécifiquement pour fonctionner de façon bidirectionnelle et obtenir une tension ayant une forme d'onde sinusoadale redressée double alternance à partir d'une tension continue, avec élévation de tension, et, inversement, une tension continue à partir d'une tension ayant une forme d'onde sinusoidale redressée double alternance, avec abaissement de tension. La borne d'entrée/sortie 202 du conver- tisseur 20 située du côté haute tension (forme d'onde sinusoidale redressée double alternance) est reliée au point P, tandis que la borne d'entrée/ sortie 222 du convertisseur 20, située du côté basse tension (forme d'onde continue) est reliée à une batterie d'accumulateurs 30, à laquelle est associé un circuit de régulation de tension 300. The reference 20 designates a bidirectional unipolar converter bipolar step-up step-up. The converter 20, an embodiment of which is described further in detail, is advantageously a converter of the cut-out type controlled by pulse width modulation (so-called "FWM" command) making it possible to obtain an output voltage having a any unipolar waveform from an input voltage having any unipolar waveform. In the envisaged application, the converter is specifically designed to operate bidirectionally and obtain a voltage having a waveform double-wave rectified sinusoadale from a DC voltage, with voltage rise, and, conversely, a DC voltage from a voltage having a double-wave rectified sinusoidal waveform, with voltage drop. The input / output terminal 202 of the converter 20 located on the high voltage side (full wave rectified sinusoidal waveform) is connected to point P, while the input / output terminal 222 of the converter 20, located low voltage side (continuous wave form) is connected to a storage battery 30, with which is associated a voltage regulation circuit 300.
Le point P est en outre relié à un circuit 40 capable de transformer la tension V présente au point P, et ayant une forme d'onde sinusoSdale redressée double aLternance, en une tension alternative sinusoSdale disponible sur Les bornes de sortie S1, S2. The point P is also connected to a circuit 40 capable of transforming the voltage V present at the point P, and having a rectified sinusoSdale wave form double alternation, into an alternating sinusoSdale voltage available on the output terminals S1, S2.
Le circuit 40 est constitué par exemple par un double inverseur commandé par des signaux O
Des circuits atténuateurs 14, 16 de gain G ont Leurs entrées reliées respectivement à la sortie du circuit redresseur 10 et au point P pour fournir des tensions Vsect et Vmes images de la tension secteur redressée et de La tension V. L'uni di rectionnalité de L'interrupteur 12, du fait qu'elle empêche toute réinjection de courant du point P vers La sortie du circuit redresseur 10, assure la fidélité de la mesure Vsect de la tension secteur redressée.The circuit 40 is constituted for example by a double inverter controlled by signals O
Attenuator circuits 14, 16 of gain G have their inputs connected respectively to the output of the rectifier circuit 10 and to point P to supply voltages Vsect and Vmes images of the rectified mains voltage and of the voltage V. The directionality of The switch 12, because it prevents any reinjection of current from point P to the output of the rectifier circuit 10, ensures the fidelity of the measurement Vsect of the rectified mains voltage.
Un circuit 50, décrit plus loin en détail, reçoit La tension Vsect pour élaborer, en présence du secteur, un signal synchronisé sur Le secteur d'oû sont dérivés les signaux de commande e et e0 ainsi qu'un signaL de consigne Vmin ayant une
o forme d'onde sinusoîdaLe redressée double alternance et une amplitude égale à G fois l'amplitude minimale admissible du secteur (par exemple 200 Veff). En l'absence du secteur, le circuit 50 génère
Les signaux 0. e et Vmin à partir d'un signal fourni par un
o oscillateur interne.Le circuit 50 génère également un signal de commande pour provoquer l'ouverture de l'interrupteur 12 et d'un interrupteur 13, en cas de détection de coupure du secteur, et commander la fermeture des interrupteurs 12 et 13, après -rétablisse- ment du secteur, une fois le synchronisme retrouvé.A circuit 50, described later in detail, receives the voltage Vsect to develop, in the presence of the sector, a signal synchronized on the sector from which the control signals e and e0 are derived as well as a reference signal Vmin having a
o sinusoid waveform rectified full wave and an amplitude equal to G times the minimum admissible amplitude of the sector (for example 200 Veff). In the absence of the sector, circuit 50 generates
The signals 0. e and Vmin from a signal supplied by a
o internal oscillator. The circuit 50 also generates a control signal to cause the opening of the switch 12 and of a switch 13, in the event of detection of a power cut, and to control the closing of the switches 12 and 13, after -reestablishment of the sector, once synchronism has been restored.
Un circuit 60 de commande du convertisseur 20 reçoit les signaux Vmin et Vmes et élabore des signaux de validation appliqués au convertisseur 20 pour autoriser le fonctionnement de ceLui-ci dans un sens ou dans L'autre selon les valeurs relatives de Vmin et
Vmes. Les tensions respectivement de mesure et de consigne du convertisseur sont données, dans un sens (sens élévateur), par Les tensions Vmes et Vmin et, dans l'autre sens, par la tension Vmes et une tension Vmax produite par un circuit aiguilleur de maximum 70 qui reçoit d'une part la tension Vmin et d'autre part la tension
Vsect ou une tension nulle selon que l'interrupteur 13 est fermé ou ou ouvert. L'aiguilleur 70 Laisse passer celle des tensions reçues qui est la plus grande.A circuit 60 for controlling the converter 20 receives the signals Vmin and Vmes and develops validation signals applied to the converter 20 to authorize the operation of the latter in one direction or the other according to the relative values of Vmin and
Vmes. The measurement and setpoint voltages of the converter respectively are given, in one direction (raising direction), by the voltages Vmes and Vmin and, in the other direction, by the voltage Vmes and a voltage Vmax produced by a maximum switching circuit. 70 which receives on the one hand the voltage Vmin and on the other hand the voltage
Vsect or zero voltage depending on whether the switch 13 is closed or or open. The switch 70 Passes the highest voltage received.
Le fonctionnement du dispositif décrit ci-dessus est le suivant. The operation of the device described above is as follows.
En présence du secteur, la tension sinusoidale de ce dernier est redressée par Le redresseur 10 qui fournit via l'interrupteur 12 (alors fermé) La tension V de forme d'onde sinu soidale redressée double alternance. Le double inverseur 40 retransforme la tension V en une tension sinusoidale alternative alimentant La charge. Le convertisseur 20 fonctionnant alors en mode abaisseur prélève une partie de la puissance disponible au point P pour charger et maintenir en charge la batterie. Comme indiqué plus loin, le convertisseur 20 est avantageusement réalisé de telle sorte que La forme d'onde en sinusoide redressée de la tension V est assurée, même en cas de composante réactive de la charge, en forçant le retour à zéro de chaque demi-alternance de la tension V. In the presence of the sector, the sinusoidal voltage of the latter is rectified by the rectifier 10 which supplies via the switch 12 (then closed) The voltage V of the sine waveform rectified soidale double alternation. The double inverter 40 transforms the voltage V into an alternating sinusoidal voltage supplying the load. The converter 20 then operating in step-down mode takes part of the power available at point P to charge and maintain the battery. As indicated below, the converter 20 is advantageously produced in such a way that the rectified sinusoid waveform of the voltage V is ensured, even in the event of a reactive component of the load, by forcing the return to zero of each half alternating voltage V.
En cas de coupure du secteur, Le convertisseur 20 fonctionne en mode élévateur et prélève du courant dans la batterie pour assurer de manière synchrone la continuité de la tension V. Le circuit redresseur 10 à pont de diodes empêche un effondrement, même momentané, de la tension V par réinjection dans te secteur qui se comporte alors comme un court-circuit. Le double inverseur 40 produit, comme précédemment, la tension sinusoidale alternative alimentant la charge. Les. interrupteurs 12 et 13 sont alors ouverts, en prévision d'un retour asynchrone du secteur. In the event of a power failure, the converter 20 operates in boost mode and draws current from the battery to synchronously ensure the continuity of the voltage V. The rectifier circuit 10 with diode bridge prevents collapse, even momentary, of the voltage V by reinjection in the sector which then behaves like a short circuit. The double inverter 40 produces, as before, the alternating sinusoidal voltage supplying the load. The. switches 12 and 13 are then open, in anticipation of an asynchronous return of the sector.
Au rétablissement du secteur, le circuit 50 se resynchronise sur celui-ci puis ferme Les interrupteurs 12 et 13. Le convertisseur se remet alors à fonctionner comme avant La coupure. When the sector is restored, the circuit 50 resynchronizes thereon then closes the switches 12 and 13. The converter then resumes operation as before The cut-off.
Différents circuits du dispositif de la figure 1 seront maintenant décrits de façon plus détaillée. Different circuits of the device of Figure 1 will now be described in more detail.
La figure 2 montre en particulier le circuit 50 générateur de séquences synchrones et de tension de consigne. FIG. 2 shows in particular the circuit 50 generating synchronous sequences and setpoint voltage.
La tension Vsect, produite par le circuit atténuateur 14, formé essentiellement par un circuit diviseur de tension, est appliquée à L'entrée d'un circuit à seuil 502 formant détecteur de passage par zéro. Le train d'impulsions produit par Le circuit 502 et ayant une fréquence égale au double de celle (par exemple 50 Hz) du réseau est appliqué à L'entrée d'une bascule 504 formant diviseur de fréquence par 2 et dont la sortie est reliée à une boucle de verrouillage de phase. Celle-ci comprend un comparateur de phase 506, dont une première entrée reçoit Le signal de sortie du diviseur 504, un filtre passe-bas 508 branché en sortie du comparateur 506, et un oscillateur commandé par tension 510 recevant le signal de sortie du filtre 508.L'oscillateur 510 a une fréquence centrale d'oscillation égale à un multiple de la fréquence nominale du secteur (par exemple 25,6 kHz). La sortie de
L'oscillateur est reliée via un commutateur 512 à un compteur 514 formant diviseur de fréquence (par exemple par 29) et la sortie du compteur 514 est reliée à la deuxième entrée du comparateur de phase 506. Un oscillateur 516 à fréquence stabilisée par quartz produit un signal carré de rapport cyclique 50 % et de fréquence égale à la fréquence centrale de l'oscillateur 510. La sortie de
L'oscillateur 516 est reliée à L'entrée du compteur 514 par l'intermédiaire du commutateur 512.The voltage Vsect, produced by the attenuator circuit 14, formed essentially by a voltage divider circuit, is applied to the input of a threshold circuit 502 forming a zero crossing detector. The pulse train produced by circuit 502 and having a frequency equal to twice that (for example 50 Hz) of the network is applied to the input of a flip-flop 504 forming a frequency divider by 2 and whose output is connected to a phase lock loop. This comprises a phase comparator 506, a first input of which receives the output signal from the divider 504, a low-pass filter 508 connected to the output of the comparator 506, and a voltage-controlled oscillator 510 receiving the output signal of the filter 508. Oscillator 510 has a central oscillation frequency equal to a multiple of the nominal sector frequency (e.g. 25.6 kHz). The exit of
The oscillator is connected via a switch 512 to a counter 514 forming a frequency divider (for example by 29) and the output of the counter 514 is connected to the second input of the phase comparator 506. An oscillator 516 with frequency stabilized by quartz produced a square signal with 50% duty cycle and a frequency equal to the center frequency of oscillator 510. The output of
The oscillator 516 is connected to the input of the counter 514 via the switch 512.
Le passage du commutateur 512 d'une première position, dans laquelle il connecte la sortie de l'oscillateur 510 à l'entrée du compteur 514, à une deuxième position, dans Laquelle il connecte la sortie de L'oscillateur 516 à l'entrée du compteur 514, est commandé en réponse à la détection d'une coupure du secteur. A cet effet, le signal de commande du commutateur 512 est élaboré par un circuit intégrateur 518 qui reçoit les impulsions produites par le circuit 502 de détection de passage par zéro. Au bout d'un intervalle de temps déterminé suivant La réception d'une dernière impulsion par le circuit intégrateur 518, la tension de sortie de celui-ci dépasse un seuil pour lequel le basculement du commutateur 512 de sa première à sa deuxième position est commandé.On notera que l'interruption du secteur n'affecte pas la continuité du signal de sortie du compteur 514 et ne perturbe pas la phase de celui-ci. The passage of the switch 512 from a first position, in which it connects the output of the oscillator 510 to the input of the counter 514, to a second position, in which it connects the output of the oscillator 516 to the input of the counter 514, is controlled in response to the detection of a power outage. To this end, the control signal of the switch 512 is produced by an integrator circuit 518 which receives the pulses produced by the zero crossing detection circuit 502. At the end of a time interval determined according to the reception of a last pulse by the integrator circuit 518, the output voltage of the latter exceeds a threshold for which the switching of the switch 512 from its first to its second position is controlled It should be noted that the interruption of the sector does not affect the continuity of the output signal from the counter 514 and does not disturb the phase thereof.
Après rétablissement du secteur, lorsque la tension de sortie de
L'intégrateur 518 a atteint le niveau nécessaire, le retour du commutateur dans sa première position est commandé.After restoration of the mains, when the output voltage of
The integrator 518 has reached the necessary level, the return of the switch to its first position is controlled.
On dispose ainsi, en sortie du compteur 514, d'un signal carré de référence qui, en présence du secteur, est synchronisé sur celui-ci et qui, en l'absence du secteur, a une fréquence égale à la fréquence nominale du secteur. Le signal de sortie du compteur 514 constitue le signal O et, après inversion par un inverseur 520, le signal O qu'il y ait ou non présence du secteur. En outre, la sortie du compteur 514 est reliée à l'entrée d'un circuit comprenant, en série, un filtre passe-bande 522 centré sur la fréquence du secteur, un redresseur double alternance 524 et un amplificateur 526 de réglage d'amplitude.On dispose ainsi, en sortie de l'amplificateur 526, du signal de référence Vmin syn chrone du secteur ayant une forme d'onde sinusoidale redressée double alternance et une amplitude réglée, qu'il y ait ou non présence du secteur. There is thus, at the output of the counter 514, a square reference signal which, in the presence of the sector, is synchronized with it and which, in the absence of the sector, has a frequency equal to the nominal frequency of the sector . The output signal from the counter 514 constitutes the signal O and, after inversion by an inverter 520, the signal O whether or not there is presence of the sector. In addition, the output of the counter 514 is connected to the input of a circuit comprising, in series, a bandpass filter 522 centered on the sector frequency, a full-wave rectifier 524 and an amplifier 526 for adjusting the amplitude. .We thus have, at the output of the amplifier 526, the reference signal Vmin synchronous of the sector having a rectified sinusoidal wave form double alternation and a regulated amplitude, whether or not there is presence of the sector.
La figure 2 montre aussi le circuit interrupteur unidirectionnel 12 constitué essentiellement par une diode 124, un transistor MOS de puissance 120 et son circuit de pilotage 122 à transistors bipolaires. La diode 124 est insérée entre le circuit redresseur 10 et le transistor MOS 120 pour rendre L'interrupteur unidirectionnel. Le signal de commande des interrupteurs 12 et 13 est produit par une bascule 528 pour provoquer l'ouverture des interrupteurs en réponse à une coupure du secteur et la fermeture de ceux-ci lorsque, après rétablissement du secteur, La tension V est synchronisée sur celui-ci.A cet effet, la bascule 528 a une entrée R (Reset) reliée à la sortie de L'intégrateur 518, une entrée C (Clock) reliée à la sortie du détecteur de passage à zéro 502, une entrée S (Set) reliée à la masse et une entrée D (Data) reliée à La sortie d'un intégrateur 530 qui reçoit un signal produit par le comparateur de phase 506 lorsque les signaux reçus par celui-ci sont en phase. La sortie de la bascule 528 passe d'un premier à un second état lorsque le signal de sortie de L'intégrateur 518 devient supérieur à un seuiL donné, indiquant une coupure du secteur, ce qui provoque L'ouverture des interrupteurs 12 et 13.Le retour de la sortie de la bascule à son premier état et, par conséquent, la fermeture des interrupteurs 12 et 13 sont commandés par la première impulsion produite par le détecteur de passage à zéro reçue par L'entrée C après que la sortie de L'intégrateur 518 est redevenue inférieure au seuil précité, ce qui indique le rétabLis- sement du secteur, et que la sortie de l'intégrateur 530 a atteint un seuil donné, ce qui indique que la tension Vmin - et, par con séquent, La tension V, comme on le verra ci-apres - et la tension du secteur sont en synchronisme. On provoque de la sorte un retour synchrone du secteur au moment d'un passage par zéro de la tension du secteur. FIG. 2 also shows the unidirectional switch circuit 12 essentially constituted by a diode 124, a power MOS transistor 120 and its control circuit 122 with bipolar transistors. The diode 124 is inserted between the rectifier circuit 10 and the MOS transistor 120 to make the switch unidirectional. The control signal of the switches 12 and 13 is produced by a flip-flop 528 to cause the opening of the switches in response to a power cut and the closing of these when, after restoration of the sector, the voltage V is synchronized with that For this purpose, the flip-flop 528 has an input R (Reset) connected to the output of the integrator 518, an input C (Clock) connected to the output of the zero crossing detector 502, an input S (Set ) connected to ground and an input D (Data) connected to the output of an integrator 530 which receives a signal produced by the phase comparator 506 when the signals received by it are in phase. The output of the flip-flop 528 changes from a first to a second state when the output signal from the integrator 518 becomes greater than a given threshold, indicating a power cut, which causes the opening of the switches 12 and 13. The return of the flip-flop output to its first state and, consequently, the closing of switches 12 and 13 are controlled by the first pulse produced by the zero crossing detector received by input C after the output of L the integrator 518 has again become below the aforementioned threshold, which indicates the recovery of the sector, and that the output of the integrator 530 has reached a given threshold, which indicates that the voltage Vmin - and, consequently, La voltage V, as will be seen below - and the mains voltage are in synchronism. This causes a synchronous return of the sector at the time of a zero crossing of the mains voltage.
On notera que l'ouverture des interrupteurs 12 et 13 peut également être provoquée par une désynchronisation résuLtant par exemple d'une brusque variation de phase du secteur. It will be noted that the opening of the switches 12 and 13 can also be caused by a desynchronization resulting for example from an abrupt phase variation in the sector.
Sur la figure 2, sont également représentés le circuit atténuateur 16, constitué essentiellement par un circuit diviseur de tension, qui fournit la tension Vmes à partir de la tension V, et le circuit aiguilleur de maximum 70 qui fournit la tension Vmax à partir de Vmin et de Vsect ou de O selon que l'interrupteur .13 est fermé ou ouvert. Dans l'exemple illustré, le circuit 70 est essentiellement formé par deux amplificateurs opérationnels 702, 704, dont les sorties sont réunies au moyen de deux diodes 706, 708. Also shown in FIG. 2 are the attenuator circuit 16, essentially constituted by a voltage divider circuit, which supplies the voltage Vmes from the voltage V, and the maximum switching circuit 70 which supplies the voltage Vmax from Vmin and Vsect or O depending on whether the switch .13 is closed or open. In the example illustrated, the circuit 70 is essentially formed by two operational amplifiers 702, 704, the outputs of which are connected by means of two diodes 706, 708.
On se réfère maintenant à la figure 3 qui illustre de façon plus détaillée le convertisseur 20 de la figure 1 et ses circuits de commande. Referring now to Figure 3 which illustrates in more detail the converter 20 of Figure 1 and its control circuits.
Un circuit série comprenant une première inductance 206, une deuxième inductance 208, et un condensateur de stockage 210 est branché entre La borne 202, reliée point P, et la masse. Le point commun entre les inductances 206 et 208 est relié à la masse par un interrupteur 212, tel qu'un transistor MOS. L'interrupteur 212 est commandé par des impulsions produites par un contrôleur 216. De façon similaire, un c-ircuit série comprenant une troisième inductance 226, une deuxième inductance 228, et un condensateur de stockage 230 est branché entre la borne 222, reliée à la batterie 30 et la masse. Le point commun entre les inductances 226 et 228 est relié à la masse par un interrupteur 232 formé par un transistor MOS. L'interrupteur 232 est commandé par des impulsions produites par un contrôleur 236. A series circuit comprising a first inductor 206, a second inductor 208, and a storage capacitor 210 is connected between terminal 202, connected point P, and the ground. The common point between the inductors 206 and 208 is connected to ground by a switch 212, such as a MOS transistor. The switch 212 is controlled by pulses produced by a controller 216. Similarly, a serial c-circuit comprising a third inductor 226, a second inductor 228, and a storage capacitor 230 is connected between the terminal 222, connected to the battery 30 and the mass. The common point between the inductors 226 and 228 is connected to ground by a switch 232 formed by a MOS transistor. The switch 232 is controlled by pulses produced by a controller 236.
Le convertisseur 20, dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, a une structure dérivée de celle d'un convertisseur Cuk bien connu de L'homme de l'art et décrit par
o exemple dans le brevet des Etats-Unis n 4 257 087. Le conver- tisseur 20 diffère essentiellement du convertisseur Cuk classique en ce qu'il est rendu bidirectionnel par la disposition d'un interrupteur et de sa commande associée de chaque côté du convertisseur. Dans son fonctionnement en mode abaisseur (recharge de la batterie) ou élévateur (fourniture d'énergie pour la charge), le convertisseur 20 fonctionne exactement comme un convertisseur Cuk, seul l'un des deux interrupteurs 212, 232 étant actif (l'autre étant ouvert). Ce fonctionnement est bien connu et n'a pas à être décrit ici en détail.The converter 20, in the embodiment which has just been described, has a structure derived from that of a Cuk converter well known to those skilled in the art and described by
o example in US Pat. No. 4,257,087. The converter 20 essentially differs from the conventional Cuk converter in that it is made bidirectional by the arrangement of a switch and its associated control on each side of the converter. . In its operation in step-down mode (recharging of the battery) or step-up mode (supply of energy for charging), the converter 20 operates exactly like a Cuk converter, only one of the two switches 212, 232 being active (the other being open). This operation is well known and need not be described here in detail.
Le contrôleur 236, qui commande le convertisseur dans Le sens élévateur (batterie vers point P) a Vmin en tant que tension de consigne et Vmes en tant que tension de retour. Le contrôleur 216, qui commande le convertisseur dans te sens abaisseur (point P vers batterie) a Vmax en tant que tension de consigne et Vmes en tant que tension de retour. The controller 236, which controls the converter in the lifting direction (battery to point P) has Vmin as the reference voltage and Vmes as the return voltage. The controller 216, which controls the converter in the downward direction (point P to battery) has Vmax as the reference voltage and Vmes as the return voltage.
Les contrôleurs 216 et 236 sont des composants disponibles dans Le commerce pour la production d'impulsions modulées en largeur destinées à la commande d'alimentation à découpage. De tels contrôleurs sont notamment fournis par la société des Etats
Unis Motorola sous la référence MC 34060. La fréquence de découpage, commune aux deux contrôleurs, est fournie par un oscillateur 242.Controllers 216 and 236 are commercially available components for the production of width modulated pulses for switching power supply control. Such controllers are in particular supplied by the State corporation
United Motorola under the reference MC 34060. The switching frequency, common to the two controllers, is provided by an oscillator 242.
La figure 3 montre également le circuit 60 qui élabore les signaux de validation du contrôleur 216 ou du contrôleur 236 (sens de fonctionnement du convertisseur). Le circuit 60 comprend un comparateur 602 qui reçoit les tensions Vmes et Vmin. Le signal de sortie du comparateur 602 constitue le signal de validation du contrôleur 236 pour faire fonctionner Le convertisseur en élévateur de tension (fourniture de la tension V) lorsque la tension Vmes devient inférieure à la tension de référence Vmin. Le signal de sortie du comparateur 602, inversé au moyen d'un inverseur 606, constitue le signal de validation du contrôleur 216 pour faire fonctionner le convertisseur 20 en abaisseur de tension (recharge de la batterie) lorsque la tension Vmes est au moins égale à la tension de référence Vmin. De préférence, le comparateur 602 présente une hystérésis pour éviter un fonctionnement instable du convertisseur. FIG. 3 also shows the circuit 60 which generates the validation signals from the controller 216 or the controller 236 (direction of operation of the converter). The circuit 60 includes a comparator 602 which receives the voltages Vmes and Vmin. The output signal from the comparator 602 constitutes the validation signal from the controller 236 for operating the converter in voltage step-up (supply of the voltage V) when the voltage Vmes becomes lower than the reference voltage Vmin. The output signal of the comparator 602, inverted by means of an inverter 606, constitutes the validation signal of the controller 216 to operate the converter 20 in step-down voltage (recharging of the battery) when the voltage Vmes is at least equal to the reference voltage Vmin. Preferably, the comparator 602 has a hysteresis to avoid unstable operation of the converter.
La figure 3 montre enfin Le régulateur de tension 300 destiné à réguler la tension de charge de la batterie 30. Le régulateur 300 comprend un amplificateur opérationnel 302 ayant une entrée positive reliée au point mi lieu d'un diviseur de tension formé par deux résistances 304 et 306 branchées entre la batterie 30 et la masse, et une entrée négative recevant une tension de référence Vréf. La sortie de l'amplificateur opérationnel 302 commande un transistor 308 dont le trajet collecteur-émetteur est branché entre une résistance de charge 310, reliée à la borne 222, et la masse. Des résistances 312, 314 relient la base du transistor 308 respectivement à la masse et à la sortie de l'amplificateur opérationnel 302.Le point commun entre la résistance de charge 310 et le collecteur du transistor 308 est relié à la batterie 30 par une diode 316 tandis qu'une autre diode 318 relie la batterie à la borne 222 du convertisseur. FIG. 3 finally shows the voltage regulator 300 intended to regulate the charge voltage of the battery 30. The regulator 300 comprises an operational amplifier 302 having a positive input connected to the midpoint of a voltage divider formed by two resistors 304 and 306 connected between the battery 30 and ground, and a negative input receiving a reference voltage Vref. The output of the operational amplifier 302 controls a transistor 308 whose collector-emitter path is connected between a load resistor 310, connected to terminal 222, and the ground. Resistors 312, 314 connect the base of the transistor 308 respectively to the ground and to the output of the operational amplifier 302. The common point between the load resistance 310 and the collector of the transistor 308 is connected to the battery 30 by a diode 316 while another diode 318 connects the battery to terminal 222 of the converter.
Le transistor 308 détourne vers la masse tout excédent de courant circulant dans la résistance de charge 310, empêchant la tension de la batterie 30 d'excéder une tension fixée par Vréf et le pont de résistances 304, 306, de sorte que la batterie ne soit jamais surchargée. La diode 316 empêche la batterie 30 de débiter à travers le transistor 308 lorsque celui-ci est conducteur. The transistor 308 diverts any excess current flowing through the load resistor 310 to ground, preventing the voltage of the battery 30 from exceeding a voltage fixed by Vref and the resistance bridge 304, 306, so that the battery is not never overloaded. The diode 316 prevents the battery 30 from flowing through the transistor 308 when the latter is conductive.
Lorsque le convertisseur 20 fonctionne en mode élévateur (production de la tension V), la batterie 30 débite vers la borne 222 à travers la diode 318. When the converter 20 operates in step-up mode (production of the voltage V), the battery 30 flows to the terminal 222 through the diode 318.
La figure 4 montre un mode de réalisation d'un circuit double inverseur 40 destiné à "dé-redresser" la tension V pour fournir la tension alternative d'alimentation de la charge. Le circuit 40 comprend un premier interrupteur 402 et un deuxième interrupteur 404 branchés en série entre le point P et la masse, et un troisième interrupteur 406 et un quatrième interrupteur 408 également branchés en série entre le point P et la masse. Le point commun entre les interrupteurs 402 et 404 est relié à la borne de sortie S2 tandis que le point commun entre les interrupteurs 406 et 408 est relié à la borne de sortie S1. Les interrupteurs 402, 404, 406 et 408 sont formés par des transistors MOS de puissance analogues au transistor 120.Les interrupteurs 402, 408, d'une part, et les transistors 406 et 404, d'autre part, sont commandés en synchronisme par les signaux e0 et e0. FIG. 4 shows an embodiment of a double inverter circuit 40 intended to "de-rectify" the voltage V to supply the alternating supply voltage of the load. The circuit 40 comprises a first switch 402 and a second switch 404 connected in series between the point P and the ground, and a third switch 406 and a fourth switch 408 also connected in series between the point P and the ground. The common point between the switches 402 and 404 is connected to the output terminal S2 while the common point between the switches 406 and 408 is connected to the output terminal S1. The switches 402, 404, 406 and 408 are formed by power MOS transistors analogous to the transistor 120. The switches 402, 408, on the one hand, and the transistors 406 and 404, on the other hand, are controlled in synchronism by the signals e0 and e0.
Les transistors 408 et 404, dont les sources sont reliées à la masse, reçoivent directement sur leurs grilles les signaux e0, O, respectivement. Transistors 408 and 404, whose sources are connected to ground, receive signals e0, O, respectively, on their gates.
Par contre, les transistors 402, 406, dont les drains sont reliés au point P, sont commandés par les signaux e01 e0 par l'intermédiaire de circuits de pilotage 410, 412, respectivement, qui ont pour fonction d'imposer, ou non, une différence de potentiel entre grille et source des transistors 402, 406. Le circuit 410, qui est identique au circuit 412, ainsi qu'au circuit 122 pilotant le transistor 120 comprend un transistor PNP 414 dont le coLlecteur est relié, d'une part, à la grille du transistor 402 et, d'autre part, à la source du transistor 402 par L'intermédiaire d'une résistance 416. L'émetteur du transistor 414 est relié par une diode 418 à une borne 420 portée à un potentiel +v, et un condensateur 422 est branché entre L'émetteur du transistor 414 et la source du transistor 402.La base du transistor 414 est reliée au point commun entre deux résistances 424, 426 branchées en série entre L'émetteur du transistor 414 et le collecteur d'un transistor 428 dont L'émetteur est relié à la masse et dont la base reçoit le signal zou par l'intermédiaire d'une résistance 430. On the other hand, the transistors 402, 406, the drains of which are connected to the point P, are controlled by the signals e01 e0 via control circuits 410, 412, respectively, which have the function of imposing, or not, a potential difference between gate and source of the transistors 402, 406. The circuit 410, which is identical to the circuit 412, as well as to the circuit 122 driving the transistor 120 comprises a PNP transistor 414 of which the collector is connected, on the one hand , to the gate of transistor 402 and, on the other hand, to the source of transistor 402 via a resistor 416. The emitter of transistor 414 is connected by a diode 418 to a terminal 420 brought to a potential + v, and a capacitor 422 is connected between the emitter of transistor 414 and the source of transistor 402. The base of transistor 414 is connected to the common point between two resistors 424, 426 connected in series between the emitter of transistor 414 and the collector of a transistor 428 of which The transmitter is connected to ground and the base of which receives the signal zou via a resistor 430.
Le fonctionnement du circuit 40 découle à l'évidence de ce qui précède. Les signaux carrés Ov, e0 de fréquence égale à celle du réseau commandent alternativement l'ouverture et la fermeture des interrupteurs 402, 404, 406 et 408 pour Laisser passer une demi-alternance sur deux de la tension V et inverser les autres demi-alternances et obtenir ainsi aux bornes S1, S2 une tension sinusoidale alternative dont la fréquence est égale soit à la fréquence réelle du réseau (secteur présent), soit à la fréquence nominale du réseau (secteur absent). The operation of the circuit 40 obviously follows from the above. The square signals Ov, e0 of frequency equal to that of the network alternately control the opening and closing of the switches 402, 404, 406 and 408 to allow half a half-wave to pass through two of the voltage V and reverse the other half-waves and thus obtain at terminals S1, S2 an alternating sinusoidal voltage whose frequency is equal either to the real frequency of the network (present sector), or to the nominal frequency of the network (absent sector).
Bien entendu, les tensions nécessaires au fonctionnement des circuits décrits ci-dessus sont obtenues à partir de la tension de la batterie. Of course, the voltages necessary for the operation of the circuits described above are obtained from the voltage of the battery.
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| FR2634329B1 (en) | 1990-10-19 |
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