FR2719725A1 - Supply of electrical load with low voltage direct current - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF D'ALIMENTATION D'UNE CHARGE EN COURANT CONTINU BASSE
TENSION
La présente invention concerne un dispositif destiné à alimenter une charge en courant continu basse tension à partir du réseau électrique alternatif sinusoïdal.LOW DIRECT CURRENT LOAD SUPPLY DEVICE
VOLTAGE
The present invention relates to a device intended to supply a load with low voltage direct current from the sinusoidal alternating electrical network.
Elle est plus particulièrement destinée à des charges de faible puissance constituées par des circuits électroniques. It is more particularly intended for low power loads constituted by electronic circuits.
Il existe actuellement essentiellement trois types de dispositifs pour alimenter des circuits électroniques en courant continu basse tension, par exemple 5 V, à partir du réseau alternatif à 220 V. There are currently essentially three types of device for supplying electronic circuits with low voltage direct current, for example 5 V, from the 220 V AC network.
Le premier fait appel à un montage utilisant un redresseur (généralement un pont de diodes), une impédance série (résistance ou capacité), une diode à avalanche fixant la valeur de la tension continue, et une capacité de filtrage. The first uses a circuit using a rectifier (generally a diode bridge), a series impedance (resistance or capacitance), an avalanche diode setting the value of the DC voltage, and a filtering capacity.
Cette solution présente notamment l'inconvénient de ne plus être utilisable au-delà d'un besoin en courant de 10 mA en raison des dimensions et du coût que représenterait alors le montage, en particulier l'impédance série. This solution notably has the drawback of no longer being usable beyond a current requirement of 10 mA due to the dimensions and the cost that the assembly would then represent, in particular the series impedance.
Le deuxième utilise un transformateur classique, mais est peu utilisé en raison de l'encombrement important que présente un transformateur. The second uses a conventional transformer, but is little used because of the large size of a transformer.
Le troisième type de dispositifs consiste en des commutateurs (thyristors ou transistors) et diodes. Il existe des circuits intégrés qui répondent à cette fonction. Ces circuits présentent l'inconvénient de nécessiter une résistance en série entre l'alimentation alternative et le circuit, ce qui induit une forte dissipation d'énergie. De plus, ils sont d'un coût élevé en raison des composants utilisés. The third type of device consists of switches (thyristors or transistors) and diodes. There are integrated circuits which fulfill this function. These circuits have the disadvantage of requiring a resistance in series between the alternating supply and the circuit, which induces a strong dissipation of energy. In addition, they are expensive because of the components used.
Un objet de la présente invention est de remédier aux inconvénients des dispositifs existants en proposant un dispositif d'alimentation d'une charge en courant continu basse tension, à partir du réseau électrique alternatif, qui soit de constitution simple en ayant recours à peu de composants, qui présente un faible encombrement, sans nuire pour autant à l'obtention d'une bonne régulation de la tension de sortie. An object of the present invention is to remedy the drawbacks of existing devices by proposing a device for supplying a low-voltage direct current load from the alternating electrical network, which is of simple constitution by using few components. , which has a small footprint, without affecting the achievement of good regulation of the output voltage.
Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit un dispositif d'alimentation d'une charge en courant continu basse tension à partir d'une alimentation alternative, qui comporte un élément limiteur de courant, monté en série avec un commutateur qui est commandé par la tension présente aux bornes d'un condensateur monté en parallèle avec la charge. To achieve this object, the present invention provides a device for supplying a load of low voltage direct current from an alternating supply, which comprises a current limiting element, mounted in series with a switch which is controlled by the voltage present across a capacitor mounted in parallel with the load.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comporte en outre des moyens propres à commander le commutateur de sorte que la charge dudit condensateur, s'effectue, en régime établi, au début et à la fin de chaque alternance positive du signal d'alimentation sinusoïdal. According to an embodiment of the present invention, the device also comprises means suitable for controlling the switch so that the charging of said capacitor takes place, in steady state, at the start and at the end of each positive alternation of the signal sinusoidal feed.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit commutateur comprend un thyristor GTO ouvrable par la gâchette, l'anode dudit thyristor GTO étant reliée à la sortie dudit limiteur de courant et sa cathode étant reliée à la charge, une première résistance de forte valeur étant disposée entre la gâchette et l'anode du thyristor GTO. According to an embodiment of the present invention, said switch comprises a thyristor GTO openable by the trigger, the anode of said thyristor GTO being connected to the output of said current limiter and its cathode being connected to the load, a first resistance of strong value being disposed between the trigger and the anode of the GTO thyristor.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comporte également une première diode à avalanche, destinée à fixer le seuil d'ouverture du thyristor
GTO qui correspond sensiblement à la valeur nominale de la tension continue de sortie.According to an embodiment of the present invention, the device also comprises a first avalanche diode, intended to fix the opening threshold of the thyristor
GTO which corresponds approximately to the nominal value of the DC output voltage.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comporte en outre un thyristor auxiliaire, la gâchette du thyristor auxiliaire étant reliée à l'anode de la première diode à avalanche, et son anode étant reliée à la gâchette du thyristor GTO tandis que sa cathode est reliée à la borne négative de l'alimentation. According to an embodiment of the present invention, the device further comprises an auxiliary thyristor, the trigger of the auxiliary thyristor being connected to the anode of the first avalanche diode, and its anode being connected to the trigger of the GTO thyristor while its cathode is connected to the negative terminal of the power supply.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le thyristor auxiliaire est choisi de sorte que son courant de maintien permette son blocage quelque peu avant la fin d'une alternance positive de l'alimentation. According to an embodiment of the present invention, the auxiliary thyristor is chosen so that its holding current allows its blocking somewhat before the end of a positive alternation of the supply.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comporte une seconde résistance, placée entre la gâchette et la cathode du thyristor auxiliaire. According to an embodiment of the present invention, the device comprises a second resistor, placed between the trigger and the cathode of the auxiliary thyristor.
Selon une variante de réalisation de la présente invention, le dispositif comporte en outre des moyens de protection contre un court-circuit dans la charge, constitués d'une troisième résistance montée en série avec une quatrième résistance pour constituer un pont diviseur de tension entre l'entrée du limiteur de courant et la borne négative de l'alimentation, la sortie du pont diviseur étant reliée à la cathode d'une seconde diode à avalanche dont l'anode est reliée à la gâchette du thyristor auxiliaire. According to an alternative embodiment of the present invention, the device further comprises means for protection against a short circuit in the load, consisting of a third resistor connected in series with a fourth resistor to constitute a voltage divider bridge between the input of the current limiter and the negative terminal of the power supply, the output of the divider bridge being connected to the cathode of a second avalanche diode whose anode is connected to the trigger of the auxiliary thyristor.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comporte une première diode montée en série avec le limiteur de courant en amont de ce dernier, et une seconde diode montée en série entre la cathode du thyristor GTO et la borne positive du condensateur. According to an embodiment of the present invention, the device comprises a first diode connected in series with the current limiter upstream of the latter, and a second diode connected in series between the cathode of the GTO thyristor and the positive terminal of the capacitor.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif est alimenté par la tension alternative du réseau industriel. According to an embodiment of the present invention, the device is powered by the AC voltage of the industrial network.
Le fait, selon l'invention, d'avoir recours à un élément limiteur de courant permet de limiter, notamment pendant le régime transitoire de chargement initial du condensateur, le courant traversant le circuit. Ainsi, à la fois les composants du dispositif et la charge fonctionnent, même en régime transitoire, sous faible courant. L'élément limiteur de courant permet d'obtenir un courant constant, même sous faible tension. The fact, according to the invention, of having recourse to a current limiting element makes it possible to limit, in particular during the transient initial charging regime of the capacitor, the current passing through the circuit. Thus, both the device components and the load operate, even in transient conditions, under low current. The current limiting element makes it possible to obtain a constant current, even at low voltage.
Cela conduit à ce que le condensateur peut être rechargé, en régime établi, en dissipant un minimum de puissance. Ce qui n'est pas le cas des circuits utilisant une résistance en série entre l'alimentation alternative et le circuit.This leads to the fact that the capacitor can be recharged, in steady state, by dissipating a minimum of power. This is not the case for circuits using a resistor in series between the AC supply and the circuit.
Le fait de prévoir des moyens propres, en régime établi, à charger le condensateur au début et à la fin de chaque alternance positive de la tension d'alimentation, permet de réduire, par rapport aux circuits existants, la tension sous laquelle s'effectue la charge et donc la puissance dissipée. The fact of providing own means, in steady state, to charge the capacitor at the beginning and at the end of each positive alternation of the supply voltage, makes it possible to reduce, compared to existing circuits, the voltage under which is carried out the load and therefore the power dissipated.
L'emploi d'un thyristor ouvrable par la gâchette (couramment appelé GTO), associé à ce limiteur de courant permet en outre, d'implanter avec des modifications mineures, des moyens de protection du dispositif contre les courts-circuits. The use of a thyristor openable by the trigger (commonly called GTO), associated with this current limiter also makes it possible, with minor modifications, to install means of protecting the device against short circuits.
Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
la figure 1 représente la caractéristique tensioncourant d'un élément limiteur de courant
la figure 2 représente le schéma d'un mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation selon l'invention
la figure 3 représente, sous forme de diagrammes temporels, la tension d'alimentation, le courant d'entrée du dispositif et la tension de sortie, en régime transitoire de mise sous tension du dispositif de la figure 2
la figure 4 représente, une vue agrandie des diagrammes de la figure 3 en régime établi
la figure 5 représente, sous forme de diagrammes temporels, la tension d'alimentation, le courant d'entrée du dispositif et la tension aux bornes de l'élément limiteur de courant, durant une alternance positive de la tension d'alimentation ; et
la figure 6 représente une variante du mode de réalisation de la figure 2 munie d'une fonction de protection contre les courts-circuits.These objects, characteristics and advantages as well as others of the present invention will be explained in detail in the following description of a particular embodiment given without limitation in relation to the attached figures among which
FIG. 1 represents the voltage-current characteristic of a current limiting element
FIG. 2 represents the diagram of an embodiment of a supply device according to the invention
FIG. 3 represents, in the form of time diagrams, the supply voltage, the input current of the device and the output voltage, in transient state of energization of the device of FIG. 2
4 shows, an enlarged view of the diagrams of Figure 3 in steady state
FIG. 5 represents, in the form of time diagrams, the supply voltage, the input current of the device and the voltage across the terminals of the current limiting element, during a positive alternation of the supply voltage; and
Figure 6 shows a variant of the embodiment of Figure 2 provided with a short-circuit protection function.
Comme le montre la figure 1, un élément limiteur de courant, du type utilisé selon l'invention, présente une caractéristique tension-courant correspondant à celle d'un transistor MOS à gâchette et source reliées. Lorsque le courant dans cet élément augmente, il se comporte comme une résistance de faible valeur. Quand le courant atteint une valeur limite "Icl", le courant est limité à cette valeur et la tension aux bornes du limiteur augmente en suivant la tension d'alimentation. La limite de fonctionnement du dispositif est fixée par une tension "Vmax" au-delà de laquelle l'élément entre en avalanche. As shown in FIG. 1, a current limiting element, of the type used according to the invention, has a voltage-current characteristic corresponding to that of a MOS transistor with connected trigger and source. When the current in this element increases, it behaves like a resistance of low value. When the current reaches a limit value "Icl", the current is limited to this value and the voltage across the limiter increases according to the supply voltage. The operating limit of the device is fixed by a voltage "Vmax" beyond which the element enters an avalanche.
Le dispositif d'alimentation, tel que représenté à la figure 2 est connecté entre des bornes d'alimentation alternative "A" et "B" et des bornes d'alimentation continue "+" et "-". Entre les bornes "A" et "+", un élément limiteur de courant 1 est monté en série avec un thyristor ouvrable par la gâchette T1 (couramment appelé thyristor GTO). Une charge à alimenter 2 est raccordée entre les bornes "+" et "-" du dispositif. L'anode du thyristor GTO T1 est connectée à la sortie du limiteur 1 dont l'entrée est connectée à la borne "A". Cette anode est également reliée à la gâchette du thyristor GTO T1 par l'intermédiaire d'une résistance R1. Un condensateur C est placé en parallèle avec la charge 2, sa borne positive étant reliée à la cathode du thyristor GTO T1, tandis que sa borne négative est reliée à la borne "-" du dispositif. Les contraintes technologiques du thyristor GTO T1 et du limiteur de courant 1 font qu'ils ne supportent pas une tension inverse élevée. Pour éviter une détérioration de ces composants, on place une première diode D1 en amont du limiteur de courant 1. On bloque ainsi les alternances négatives du réseau alternatif. The supply device, as shown in FIG. 2, is connected between alternative supply terminals "A" and "B" and continuous supply terminals "+" and "-". Between terminals "A" and "+", a current limiting element 1 is mounted in series with a thyristor openable by the trigger T1 (commonly called thyristor GTO). A load to be supplied 2 is connected between the "+" and "-" terminals of the device. The anode of the GTO T1 thyristor is connected to the output of the limiter 1, the input of which is connected to the terminal "A". This anode is also connected to the trigger of the thyristor GTO T1 via a resistor R1. A capacitor C is placed in parallel with the load 2, its positive terminal being connected to the cathode of the thyristor GTO T1, while its negative terminal is connected to the terminal "-" of the device. The technological constraints of the GTO T1 thyristor and of the current limiter 1 mean that they do not support a high reverse voltage. To avoid deterioration of these components, a first diode D1 is placed upstream of the current limiter 1. This blocks the negative half-waves of the alternating network.
Le thyristor GTO T1 joue le rôle d'un commutateur commandé par la tension présente aux bornes du condensateur C. The thyristor GTO T1 plays the role of a switch controlled by the voltage present across the capacitor C.
Sa gâchette est pour cela reliée à l'anode d'un thyristor auxiliaire T2 dont la cathode est reliée à la borne "B" de l'alimentation "Vac". La gâchette du thyristor auxiliaire T2 est reliée à l'anode d'une première diode à avalanche D3 ainsi que, par l'intermédiaire d'une résistance R2, à sa propre cathode.Its trigger is therefore connected to the anode of an auxiliary thyristor T2 whose cathode is connected to the terminal "B" of the supply "Vac". The trigger of the auxiliary thyristor T2 is connected to the anode of a first avalanche diode D3 as well as, via a resistor R2, to its own cathode.
Le rôle de la résistance R2 de faible valeur est double. D'une part, elle sert à éviter un amorçage intempestif du thyristor
T2 qui serait dû, même en l'absence de conduction de la première diode à avalanche D3, à un courant de fuite dans la diode
D3 qui pourrait déclencher le thyristor T2. D'autre part, elle permet de maintenir le courant de maintien "ih" du thyristor T2 à une valeur suffisante, afin de permettre son blocage au voisinage de la fin des alternances positives, comme on le verra par la suite. La cathode de la première diode à avalanche D3 est reliée à la borne positive du condensateur C, de sorte que la diode détermine la tension maximale aux bornes du condensateur C. The role of the low value resistor R2 is twofold. On the one hand, it serves to avoid an untimely priming of the thyristor
T2 which would be due, even in the absence of conduction of the first avalanche diode D3, to a leakage current in the diode
D3 which could trigger thyristor T2. On the other hand, it makes it possible to maintain the holding current "ih" of the thyristor T2 at a sufficient value, in order to allow its blocking in the vicinity of the end of the positive half-waves, as will be seen later. The cathode of the first avalanche diode D3 is connected to the positive terminal of the capacitor C, so that the diode determines the maximum voltage across the capacitor C.
A la mise sous tension du dispositif, le thyristor
GTO T1 s'amorce, au début d'une première alternance positive par le courant qui circule dans le limiteur 1, la résistance
R1, la jonction gâchette-cathode du thyristor GTO T1 et la charge 2. Le thyristor GTO T1 étant amorcé, le condensateur C se charge, et ce jusqu'à ce que la tension aux bornes du condensateur C atteigne la somme de la tension d'avalanche de la diode D3 et de la tension de déclenchement gâchette-cathode du thyristor T2 (environ 0,7 V). A ce seuil de tension, la première diode à avalanche D3 conduit et un courant circule dans la gâchette du thyristor auxiliaire T2 qui s'amorce. Cet amor çage du thyristor T2 a pour effet, d'amener la différence de potentiel entre la gâchette et la cathode du thyristor GTO T1 à une valeur fortement négative et le thyristor GTO T1 se bloque.When the device is powered up, the thyristor
GTO T1 starts, at the start of a first positive half-wave by the current flowing in the limiter 1, the resistance
R1, the trigger-cathode junction of the thyristor GTO T1 and the load 2. The thyristor GTO T1 being primed, the capacitor C charges, and this until the voltage across the terminals of the capacitor C reaches the sum of the voltage d avalanche of diode D3 and trigger-cathode trigger voltage of thyristor T2 (about 0.7 V). At this voltage threshold, the first avalanche diode D3 conducts and a current flows in the trigger of the auxiliary thyristor T2 which starts. This priming of the thyristor T2 has the effect of bringing the potential difference between the trigger and the cathode of the thyristor GTO T1 to a strongly negative value and the thyristor GTO T1 is blocked.
La charge 2 est alors alimentée par le condensateur C.Load 2 is then supplied by capacitor C.
Ce fonctionnement en régime transitoire est illustré par la figure 3, sur laquelle on peut voir, sous forme de diagrammes temporels, la tension d'alimentation "Vac", le courant d'entrée "Iin" du dispositif et la tension de sortie "Vout" qui correspond à la tension aux bornes du condensateur C. Si la fréquence du réseau industriel à 220 V est de 50 Hz, les alternances positives de la tension d'alimentation "Vac" ont une durée de 10 ms. Pendant la première alternance positive "P1", la charge du condensateur C s'effectue avec un courant limité à la valeur du courant limite "Icl" du limiteur 1, évitant ainsi tout risque de détérioration des composants. Si ce courant ne permet pas à la tension aux bornes du condensateur C de parvenir à la valeur seuil "VD3", fixée par la première diode à avalanche D3, durant la première alternance "P1", la charge du condensateur C n'est pas interrompue pendant cette alternance. This operation in transient mode is illustrated by FIG. 3, on which we can see, in the form of time diagrams, the supply voltage "Vac", the input current "Iin" of the device and the output voltage "Vout "which corresponds to the voltage across capacitor C. If the frequency of the industrial network at 220 V is 50 Hz, the positive half-waves of the supply voltage" Vac "have a duration of 10 ms. During the first positive half-wave "P1", the capacitor C is charged with a current limited to the value of the limit current "Icl" of the limiter 1, thus avoiding any risk of deterioration of the components. If this current does not allow the voltage across the capacitor C to reach the threshold value "VD3", set by the first avalanche diode D3, during the first half-wave "P1", the charge of the capacitor C is not interrupted during this alternation.
Au passage à O de la tension d'alimentation, le thyristor GTO T1 se bloque, et le condensateur C alimente la charge 2 pendant l'alternance négative "N1" de l'alimentation alternative. When the supply voltage changes to O, the thyristor GTO T1 is blocked, and the capacitor C supplies the load 2 during the negative alternation "N1" of the alternating supply.
Au début de la deuxième alternance positive "P2", le thyristor GTO T1 se réamorce et le condensateur C se charge jusqu'à ce que la tension à ses bornes "Vout" atteigne la valeur "VD3". A cet instant, le thyristor GTO T1 se bloque, en raison de l'amorçage du thyristor T2. C'est alors le condensateur C qui fournit le courant à la charge 2, la tension à ses bornes diminuant sous l'effet de la charge 2. Un faible courant circule alors dans le thyristor T2, limité par le limiteur 1 et par la résistance R1. At the start of the second positive half-wave "P2", the thyristor GTO T1 resets and the capacitor C charges until the voltage across its terminals "Vout" reaches the value "VD3". At this time, the GTO T1 thyristor blocks, due to the priming of the T2 thyristor. It is then the capacitor C which supplies the current to the load 2, the voltage across its terminals decreasing under the effect of the load 2. A weak current then flows in the thyristor T2, limited by the limiter 1 and by the resistance R1.
Au voisinage de la fin de l'alternance "P2", lorsque la tension d'alimentation diminue de sorte que le courant dans le thyristor T2 devient inférieur à son courant de maintien "ih", ce dernier se bloque. Cela a pour effet de permettre le réamorçage du thyristor GTO T1 qui provoque une nouvelle charge du condensateur C jusqu'à la fin de l'alternance positive, ou jusqu'à un nouvel amorçage du thyristor T2 si la tension seuil de la première diode à avalanche D3 est atteinte avant. Le dispositif est alors en régime établi. In the vicinity of the end of the alternation "P2", when the supply voltage decreases so that the current in the thyristor T2 becomes lower than its holding current "ih", the latter is blocked. This has the effect of allowing the GTO T1 thyristor to reboot, which causes a new charge of the capacitor C until the end of the positive half-wave, or until a new thyristor T2, if the threshold voltage of the first diode at avalanche D3 is reached before. The device is then in steady state.
Afin d'éviter que le condensateur C se décharge dans le circuit au voisinage de la fin des alternance positive, on place une seconde diode D2 entre la gâchette du thyristor GTO T1 et la borne positive du condensateur C. Cela permet d'éviter que la résistance gâchette-cathode "Rgk" du thyristor GTO T1 maintienne un courant dans le thyristor T2 qui soit supérieur à son courant de maintien "ih", ce qui empêcherait le réamorçage du thyristor GTO T1. In order to prevent the capacitor C from discharging in the circuit in the vicinity of the end of the positive half-wave, a second diode D2 is placed between the trigger of the thyristor GTO T1 and the positive terminal of the capacitor C. This makes it possible to prevent the trigger-cathode resistance "Rgk" of the thyristor GTO T1 maintains a current in the thyristor T2 which is greater than its holding current "ih", which would prevent the restarting of the thyristor GTO T1.
Il est à noter que dans l'exemple représenté aux figures, le régime transitoire dure pendant les deux premières alternances positives, cette durée pouvant se trouver allongée ou raccourcie en fonction de la valeur du courant limite "Icl" du limiteur 1, de la tension de sortie souhaitée et de la valeur du condensateur C. It should be noted that in the example shown in the figures, the transient regime lasts during the first two positive half-waves, this duration possibly being lengthened or shortened depending on the value of the limit current "Icl" of the limiter 1, of the voltage output value and the value of capacitor C.
En régime établi, comme on peut le voir sur la partie droite de la figure 3 ou sur la figure 4, le condensateur C se charge au début et à la fin de chaque alternance positive "Pi" du signal d'alimentation. In steady state, as can be seen on the right-hand side of FIG. 3 or in FIG. 4, the capacitor C charges at the start and at the end of each positive half-wave "Pi" of the supply signal.
L'intervalle de temps 0, entre le début de l'alternance positive "Pi" du signal d'alimentation et le début de la phase de charge du condensateur C, correspond au temps d'amor çage du thyristor GTO T1. En d'autres termes, cet intervalle correspond au temps nécessaire pour que le courant d'alimentation circulant dans la résistance R1 atteigne la valeur du courant de gâchette devant circuler dans le thyristor GTO T1 pour qu'il s'amorce. The time interval 0, between the start of the positive alternation "Pi" of the supply signal and the start of the charging phase of the capacitor C, corresponds to the start-up time of the thyristor GTO T1. In other words, this interval corresponds to the time necessary for the supply current flowing in the resistor R1 to reach the value of the gate current which must flow in the thyristor GTO T1 for it to start.
Au voisinage de la fin de l'alternance positive "Pi", lorsque le courant traversant le thyristor T2 devient inférieur à son courant de maintien "ih", celui-ci se bloque, autorisant ainsi le réamorçage du thyristor GTO T1. In the vicinity of the end of the positive half-wave "Pi", when the current passing through the thyristor T2 becomes lower than its holding current "ih", the latter is blocked, thus authorizing the restarting of the thyristor GTO T1.
Un tel mode de fonctionnement, obtenu par le choix d'un courant de maintien "ih" relativement élevé pour le thyristor auxiliaire T2, permet de charger le condensateur C deux fois par alternance positive. Ce mode est particulièrement avantageux dans la mesure où, en augmentant le nombre de phases de charge du condensateur C, on améliore la régulation de la tension de sortie tant vis-à-vis des variations de la tension d'entrée que des variations de la charge. Cela permet également de réduire la durée des phases de charge, et donc de charger le condensateur C à des moments où la tension "Vac", et donc la tension aux bornes du limiteur 1, est faible. Ce qui induit, en régime établi, une très faible dissipation d'énergie par le dispositif. De surcroît, le fait de recharger le condensateur C à la fin de chaque alternance positive "Pi" permet qu'il attaque l'alternance négative à pleine charge. Cela améliore encore la régulation, dans la mesure où, le condensateur C se décharge pendant toute la durée des alternances négatives "Ni". Such an operating mode, obtained by the choice of a relatively high holding current "ih" for the auxiliary thyristor T2, makes it possible to charge the capacitor C twice by positive alternation. This mode is particularly advantageous insofar as, by increasing the number of charging phases of the capacitor C, the regulation of the output voltage is improved both with respect to variations in the input voltage and variations in the charge. This also makes it possible to reduce the duration of the charging phases, and therefore to charge the capacitor C at times when the voltage "Vac", and therefore the voltage across the terminals of the limiter 1, is low. This induces, under steady state conditions, very low energy dissipation by the device. In addition, recharging the capacitor C at the end of each positive alternation "Pi" allows it to attack the negative alternation at full charge. This further improves the regulation, insofar as the capacitor C discharges throughout the duration of the negative "Ni" alternations.
La figure 5 illustre ce phénomène. La tension "V1" aux bornes du limiteur 1, pendant la phase de charge du début d'une alternance positive en régime établi, suit la tension sinusoïdale d'alimentation "Vac" pendant le temps où le thyristor GTO T1 est amorcé. Ce temps étant bref, la valeur de la tension "V1" ne dépasse pas 50 V dans l'exemple décrit. Le même phénomène se produit en sens inverse à la fin de l'alternance positive. La tension "V1" décroît depuis une valeur d'environ 30 V, correspondant au blocage du thyristor T2, jusqu'à 0 V, instant auquel le thyristor GTO T1 se bloque. Le condensateur C est ainsi chargé sous faible tension et avec un courant faible. Figure 5 illustrates this phenomenon. The voltage "V1" across the limiter 1, during the charging phase of the start of a positive alternation in steady state, follows the sinusoidal supply voltage "Vac" during the time when the thyristor GTO T1 is started. This time being brief, the value of the voltage "V1" does not exceed 50 V in the example described. The same phenomenon occurs in the opposite direction at the end of the positive alternation. The voltage "V1" decreases from a value of around 30 V, corresponding to the blocking of the thyristor T2, up to 0 V, the instant at which the thyristor GTO T1 blocks. The capacitor C is thus charged under low voltage and with a low current.
On obtient donc une alimentation continue basse tension, à partir d'une alimentation alternative du réseau industriel, en ayant recours à un nombre limité de composants, et avec une faible dissipation d'énergie en régime établi. A low voltage DC power supply is therefore obtained from an alternative power supply from the industrial network, using a limited number of components, and with low energy dissipation under steady state conditions.
En outre, une fonction de protection contre un courtcircuit de la charge 2 peut aisément être incorporée au dispositif selon l'invention. In addition, a protective function against a short circuit of the load 2 can easily be incorporated into the device according to the invention.
Pour ce faire, et comme le représente la figure 6, un pont diviseur de tension est placé entre l'entrée de l'élément limiteur de courant 1 et la borne négative "-" du dispositif, au moyen de deux résistances R3 et R4, montées en série. La sortie du pont diviseur qui correspond à la liaison entre les deux résistances R3 et R4 est reliée à la cathode d'une seconde diode à avalanche D4 dont l'anode est reliée à la gâchette du thyristor auxiliaire T2. La résistance R3, de forte valeur, est ainsi placée entre l'entrée du limiteur de courant 1 et la cathode de la diode D4. La résistance R4 est placée entre la cathode de la diode D4 et la borne n- n de l'alimentation. To do this, and as shown in FIG. 6, a voltage divider bridge is placed between the input of the current limiting element 1 and the negative terminal "-" of the device, by means of two resistors R3 and R4, mounted in series. The output of the divider bridge which corresponds to the connection between the two resistors R3 and R4 is connected to the cathode of a second avalanche diode D4 whose anode is connected to the trigger of the auxiliary thyristor T2. Resistor R3, of high value, is thus placed between the input of current limiter 1 and the cathode of diode D4. Resistor R4 is placed between the cathode of diode D4 and the nn terminal of the power supply.
Un courant circule donc, en fonctionnement normal, à travers les résistances R3 et R4 pendant toute la durée des alternances positives de la tension d'alimentation "Vac". Cela a pour seul effet d'accroître très légèrement la valeur du cou rant "Iin" hors des périodes de charge du condensateur C, pendant les alternances positives. A current therefore flows, in normal operation, through resistors R3 and R4 for the duration of the positive half-waves of the supply voltage "Vac". This only has the effect of slightly increasing the value of the current "Iin" outside the charge periods of the capacitor C, during the positive half-waves.
En cas de court-circuit dans la charge 2, le limiteur de courant 1 atteint la valeur seuil "Icl", son point de fonctionnement passe donc dans la zone de limitation de courant et la tension à ses bornes augmente. Le courant dans le pont diviseur augmente également, ce qui a pour conséquence de faire croître la tension aux bornes de la seconde diode à avalanche
D4.In the event of a short circuit in load 2, the current limiter 1 reaches the threshold value "Icl", its operating point therefore passes into the current limitation zone and the voltage across its terminals increases. The current in the divider bridge also increases, which has the consequence of increasing the voltage across the terminals of the second avalanche diode.
D4.
Lorsque cette tension atteint le seuil défini par la tension d'avalanche de la diode D4, un courant circule à travers cette diode dans la gâchette du thyristor auxiliaire T2 qui s'amorce. L'amorçage du thyristor T2 entraîne, comme précédemment le blocage du thyristor GTO T1. When this voltage reaches the threshold defined by the avalanche voltage of the diode D4, a current flows through this diode in the trigger of the auxiliary thyristor T2 which starts. The ignition of thyristor T2 leads, as before, to blocking of thyristor GTO T1.
Comme on a pu le voir précédemment, le thyristor T2 se bloque quelque peu avant le passage à zéro du signal d'alimentation. Cela a pour effet de permettre au thyristor GTO T1 de se réamorcer à la fin de l'alternance positive. Le dispositif 1 va ainsi successivement se déclencher et se réamorcer à chaque début et fin d'alternance positive tant que le courtcircuit persiste dans la charge 2. Dès que le court-circuit aura disparu le fonctionnement normal pourra être repris sans qu'aucune intervention ait été nécessaire. La fonction de protection adjointe au dispositif d'alimentation constitue donc un disjoncteur à réarmement automatique. As we have seen previously, thyristor T2 is blocked somewhat before the supply signal goes to zero. This has the effect of allowing the GTO T1 thyristor to reboot at the end of the positive half cycle. The device 1 will thus successively trigger and re-prime at each start and end of positive alternation as long as the short circuit persists in the load 2. As soon as the short circuit has disappeared, normal operation can be resumed without any intervention having been necessary. The protection function added to the supply device therefore constitutes an automatic reset circuit breaker.
Comme on vient de le voir, le courant de charge est en permanence contrôlé, ce qui confère au dispositif d'alimen- tation ainsi réalisé, une fiabilité optimale. As we have just seen, the charging current is constantly monitored, which gives the supply device thus produced optimum reliability.
Bien que le temps de commutation des thyristors soit court, le temps de réponse en cas de court-circuit, qui est fixé par la tension d'avalanche de la diode D4, peut paraître important. Mais cela est sans conséquence sur la fiabilité de l'alimentation et de la protection de la charge 2, dans la mesure où le courant est en permanence limité à la valeur "Icl" par le limiteur de courant 1. Although the switching time of the thyristors is short, the response time in the event of a short circuit, which is fixed by the avalanche voltage of the diode D4, may seem important. However, this has no consequence on the reliability of the power supply and of the protection of the load 2, insofar as the current is permanently limited to the value "Icl" by the current limiter 1.
Les valeurs numériques indiquées sur les diagrammes des figures 3, 4 et 5, correspondent à un circuit alimenté par le réseau alternatif à 220 V et délivrant en sortie un courant de 50 mA sous une tension continue de 6,2 V. Le condensateur C de ce circuit présente une valeur de 200 RF et l'élément limiteur de tension 1 présente une valeur de courant de limitation "Icl" de 1,3 A. The numerical values indicated on the diagrams of figures 3, 4 and 5, correspond to a circuit supplied by the alternating network at 220 V and delivering in output a current of 50 mA under a direct voltage of 6.2 V. The capacitor C of this circuit has a value of 200 RF and the voltage limiting element 1 has a limiting current value "Icl" of 1.3 A.
Bien entendu la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, chacun des composants décrits (élément limiteur 1, thyristors T1 et T2, ...) pourra être remplacé par un ou plusieurs éléments remplissant la même fonction. Of course, the present invention is susceptible of various variants and modifications which will appear to those skilled in the art. In particular, each of the components described (limiting element 1, thyristors T1 and T2, etc.) may be replaced by one or more elements fulfilling the same function.
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1994
- 1994-05-09 FR FR9405924A patent/FR2719725B1/en not_active Expired - Fee Related
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| CN112596572B (en) * | 2019-10-01 | 2023-11-21 | 施耐德电器工业公司 | Voltage regulating circuit and regulating power supply module |
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