FR2969417A1

FR2969417A1 - Alimentation capacitive a limitation de courant d'appel

Info

Publication number: FR2969417A1
Application number: FR1060712A
Authority: FR
Inventors: Laurent Gonthier; Antoine Passal
Original assignee: STMicroelectronics Tours SAS
Current assignee: STMicroelectronics Tours SAS
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-06-22
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: FR2969417B1; US20120155138A1; US8988908B2

Abstract

L'invention concerne une alimentation capacitive comportant : un premier élément capacitif (C1) et un premier élément résistif (R1) en série entre une première borne d'un interrupteur de mise en service (K) et au moins un élément de redressement (D2, D3) dont une deuxième borne est connectée à une première électrode d'au moins un deuxième élément capacitif (C2, C3) de fourniture d'une tension continue (Vcc+, Vcc-) ; et un interrupteur bidirectionnel (T) en parallèle sur la résistance (R1).

Description

B10615 - 10-T0-319 1 ALIMENTATION CAPACITIVE À LIMITATION DE COURANT D'APPEL

Domaine de l'invention La présente invention concerne de façon générale les circuits électroniques et, plus particulièrement, les circuits de génération de tensions continues à partir d'une tension alternative. L'invention s'applique plus particulièrement aux alimentations capacitives. Exposé de l'art antérieur Les alimentations capacitives sont largement utilisées dans l'industrie électronique et servent à générer une ou plusieurs tensions d'alimentation continues à partir d'une tension alternative. De telles alimentations sont le plus souvent raccordées directement au secteur de distribution électrique par l'intermédiaire d'un interrupteur de mise en service. Il en découle que la mise sous tension du circuit d'alimentation n'est pas synchronisée avec le passage par zéro de la tension alternative d'alimentation, ce qui engendre des pics de courant. On prévoit donc généralement un élément limiteur du courant d'appel (le plus souvent une résistance). Un problème est que cet élément limiteur de courant engendre une dissipation permanente dans le circuit d'alimentation y compris en régime établi, ce qui n'est pas souhaitable.

B10615 - 10-T0-319 Résumé Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients des circuits d'alimentation capacitive.

Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de proposer un circuit d'alimentation capacitive dans lequel la dissipation dans un élément limiteur de courant d'appel est réduite. Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente 10 invention est de proposer un circuit autonome ne nécessitant pas de commande complexe. Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que d'autres, on prévoit une alimentation capacitive comportant : un premier élément capacitif et un premier élément 15 résistif en série entre une première borne d'un interrupteur de mise en service et au moins un élément de redressement dont une deuxième borne est connectée à une première électrode d'au moins un deuxième élément capacitif de fourniture d'une tension continue ; et 20 un interrupteur bidirectionnel en parallèle sur la résistance. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit interrupteur bidirectionnel est un triac. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 25 une électrode de commande du triac est connectée à la masse par l'intermédiaire d'un élément fixant une tension seuil. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'élément fixant une tension seuil est un diac. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 30 l'alimentation comporte en outre un troisième élément capacitif entre une borne de puissance du triac côté tension continue et la masse. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'alimentation comporte en outre un circuit apte à court-35 circuiter le troisième élément capacitif. 2 B10615 - 10-T0-319

3 Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'élément de fixation du seuil de tension fixe les valeurs des tensions continues. Selon un mode de réalisation de la présente invention, adapté à fournir des tensions continues de polarités inverses, deux éléments de redressement et deux deuxièmes éléments capacitifs sont respectivement affectés à chaque polarité. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est un schéma électrique d'un circuit d'alimentation capacitive usuel ; la figure 2 est un schéma électrique d'un mode de réalisation d'un circuit d'alimentation capacitive ; les figures 3A, 3B, 3C et 3D sont des chronogrammes illustrant, en régime établi et lors d'une mise en service, le fonctionnement du circuit de la figure 2 ; et la figure 4 représente un autre mode de réalisation d'un circuit d'alimentation capacitive. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures dont les chronogrammes ont été tracés sans respect d'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension de l'invention ont été représentés et seront décrits. En particulier, l'exploitation faite des tensions générées par le circuit d'alimentation capacitive n'a pas été détaillé, l'invention étant compatible avec les applications usuelles. La figure 1 est un schéma électrique d'un mode de réalisation d'un circuit usuel d'alimentation capacitive. L'exemple de la figure 1 concerne une alimentation destinée à générer des tensions continues Vcc+ positive et Vcc- négative.

Le circuit est destiné à être connecté à deux bornes 11 et 12 B10615 - 10-T0-319

4 d'application d'une tension alternative Vac et est basé sur l'utilisation d'un condensateur série Cl et de condensateurs parallèles C2 et C3 respectivement affectés aux tensions d'alimentation positive et négative. Le condensateur Cl est connecté, par l'intermédiaire d'un interrupteur K de mise en service, à la borne 11 et, par son autre électrode, à une résistance R1 de limitation du courant d'appel. L'autre borne de la résistance R1 est connectée, par l'intermédiaire d'une diode D2 à une première électrode du condensateur C2 dont l'autre électrode est reliée directement à la borne 12 qui définit également la masse de l'alimentation continue. Le point milieu entre la diode D2 (sa cathode) et le condensateur C2 est directement relié à une borne 13 de sortie fournissant le potentiel positif de la tension continue Vcc+. Côté alimentation continue négative, le condensateur C3 est connecté entre une borne 14 de fourniture d'un potentiel négatif et la masse 12. Une diode D3 est connectée entre la borne 14 et l'anode de la diode D2 (correspondant à une des bornes de la résistance R1), l'anode de la diode D3 étant côté borne 14. Les valeurs respectives des tensions d'alimentation positive et négative sont fixées par deux diodes Zener DZ2 et DZ3 reliées en série entre les anode et cathode respectives des diodes D2 et D3 et la masse. Les diodes DZ2 et DZ3 sont connectées en opposition, c'est-à-dire que leurs anodes sont communes. En variante, leurs cathodes pourraient être communes. Le rôle du condensateur Cl est de fixer le courant de l'alimentation capacitive. Le rôle de la résistance R1 est de limiter le courant d'appel dans le condensateur lorsque l'interrupteur K est fermé. Le fonctionnement d'une telle alimentation capacitive est connu. A chaque alternance de la tension alternative, selon le signe de cette alternance, l'un des deux condensateurs C2 ou C3 est chargé par circulation d'un courant à travers le condensateur Cl, la résistance R1 et la diode D2 ou D3 correspondante.

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La présence de la résistance R1 engendre dans le circuit d'alimentation une dissipation permanente en régime établi. Une telle dissipation est néfaste au rendement du système dans la mesure où cette résistance ne sert qu'à la 5 fermeture de l'interrupteur K, le temps que les tensions Vcc+ et Vcc- s'établissent. Cette durée est négligeable par rapport à la durée pendant laquelle l'alimentation capacitive est en fonctionnement. La figure 2 représente un mode de réalisation d'un 10 circuit d'alimentation capacitive. On retrouve l'association en série de l'interrupteur K de mise en service, de l'élément capacitif Cl fixant le courant de l'alimentation capacitive, et de la résistance R1. Toujours comme précédemment, cette association en série est connectée 15 entre une première borne 11 d'application d'une tension alternative Vac et les anode et cathode respectives de deux éléments de redressement (par exemple des diodes D2 et D3) dont les cathode et anode respectives sont connectées à des bornes 13 et 14 de fourniture de potentiels continus positif Vcc+ et 20 négatif Vcc-, des éléments capacitifs C2 et C3 reliant les bornes respectives 13 et 14 à la masse 12. Selon ce mode de réalisation, on prévoit un triac T en parallèle sur la résistance R1. Ce triac est destiné à court-circuiter la résistance R1 en régime établi. Le cas échéant un 25 élément résistif ou une inductance est en série avec le triac T pour limiter le di/dt en cas de retournement. Le triac est commandé par un élément fixant une tension seuil, par exemple un diac 20 connecté en série avec un élément résistif R, entre la gâchette du triac T et la borne 12. Enfin, un élément capacitif 30 C4 relie, à la masse, la borne de puissance du triac côté anode et cathode des diodes D2 et D3 à la masse. Le rôle de cet élément capacitif C4 est de fournir une tension d'alimentation permettant une circulation d'un courant de gâchette dans le triac et autorisant sa fermeture.

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6 Les figures 3A, 3B, 3C et 3D sont des chronogrammes illustrant le fonctionnement du circuit de la figure 2. Ces figures représentant, en partie gauche I, le fonctionnement du circuit en régime établi et, en partie droite II, le fonctionnement du circuit lors d'une mise en service par fermeture de l'interrupteur K au milieu d'une alternance de la tension d'alimentation Vac. Les figures 3A à 3D représentent respectivement des exemples d'allure de la tension Vac (pointillés) ou du courant ICi (trait plein) dans le condensateur Cl qui est d'allure similaire mais déphasé, de la tension VC4 aux bornes du condensateur C4, du courant IR1 dans la résistance de limitation R1, et de la tension Vcc+. La tension Vcc- non illustrée est obtenue par un fonctionnement similaire.

En régime établi (partie gauche I des chronogrammes), à chaque alternance de la tension Vac, le triac T se ferme dès que la tension VC4 atteint le seuil V20 fixé par le diac 20. Le courant dans la résistance IR1 est donc limité, pendant ce régime établi, au quotient de la valeur de la tension VT aux bornes du triac par celle de cette résistance. En régime établi, la tension Vcc+ a sa valeur nominale VN. Dans l'exemple de la figure 2, cette valeur est fixée par la tension seuil du diac 20. Ainsi, on constate avantageusement que les diodes DZ2 et DZ3 peuvent être omises. En variante, et notamment si le seuil du diac 20 est supérieur aux tensions d'alimentation continues souhaitées, ou si l'on souhaite des niveaux positif et négatif de valeurs différentes, on pourra prévoir d'adjoindre des diodes Zener du type des diodes DZ2 et DZ3 au circuit de la figure 2. En partie droite II des chronogrammes des figures 3A à 3D, on suppose une fermeture de l'interrupteur K à un instant t0 au cours d'une alternance positive de la tension Vac. Il en découle un pic de courant absorbé par la résistance R1. Les condensateurs C2 et C3 étant initialement déchargés, la tension Vcc+ croît progressivement au fur et à mesure des alternances de la tension d'alimentation. La tension VC4 s'annule à chaque B10615 - 10-TO-319

7 passage par zéro de la tension d'alimentation alternative et sa valeur en fin d'alternance croît progressivement au fur et à mesure des alternances. Toutefois, sur les alternances représentées, elle n'atteint pas encore la tension seuil V20.

Par conséquent, le triac T reste ouvert et la résistance R1 est traversée par un courant ayant l'allure de la tension Vac. Une fois le seuil V20 atteint, on passe en régime établi tel qu'illustré en partie I. Le condensateur C4 sert de réservoir pour fournir le courant de gâchette nécessaire au triac. La tension crête à ses bornes correspond à la tension seuil V20 du diac 20, majorée de la tension gâchette cathode du triac T et de la chute de tension dans la résistance R. La tension Vcc+ se trouve donc limitée à cette même valeur, de même que la tension Vcc-.

La figure 4 représente un autre mode de réalisation d'un circuit d'alimentation capacitive. Par rapport au mode de réalisation de la figure 2, un interrupteur (dans l'exemple, un transistor MOS M mais tout autre technologie d'interrupteur convient) est prévu pour court-circuiter le condensateur C4 et le décharger. Ce transistor M est connecté en série avec une diode de redressement D1 entre l'anode de la diode D2 et la masse et est commandé par un circuit 25 (CTRL) recevant une consigne sous la forme d'un seuil TH. Une résistance de dissipation peut être intercalée dans cette association en série pour soulager le transistor M. Le circuit de commande 25 est alimenté par la tension Vcc+ (borne 13). Son rôle est de court-circuiter le condensateur C4 quand la tension d'alimentation Vcc+ atteint un seuil suffisant. Une telle réalisation permet, par exemple, d'utiliser un diac 20 ayant une valeur seuil différente des tensions d'alimentation souhaitées ou d'éviter les pertes liées au courant circulant dans le diac. Un circuit similaire est prévu côté alimentation négative, un interrupteur (par exemple, un transistor MOS M'), en série avec une diode D4 relie la cathode de la diode D3 (l'anode de la diode D2) à la masse, l'anode de la diode D4 B10615 - 10-TO-319

8 étant côté masse. Le transistor M' est commandé par un circuit 25' (CTRL) alimenté par la tension Vcc- (borne 14) et recevant une consigne, par exemple sous la forme d'un seuil TH'. Les modes de réalisation qui ont été décrits permettent de limiter la dissipation dans le circuit d'alimentation capacitif tout en garantissant une limitation du courant d'appel capacitif. L'emploi d'un diac constitue un mode de réalisation préféré dans la mesure où cela facilite une réalisation monolithique du circuit de commande du triac.

Toutefois, en variante, on pourra prévoir deux diodes Zener en parallèles avec des polarités inversées entre la gâchette du triac et la masse (avec le cas échéant la résistance R en série). Des associations de thyristors ou de transistors bipolaires et de diodes Zener pourraient également être envisagées. Divers modes de réalisation ont été décrits, diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, bien que l'invention ait été décrite en relation avec un circuit d'alimentation capacitif adapté à des tensions positive et négative, elle s'applique bien entendu à une alimentation capacitive n'ayant qu'une polarité positive ou négative. De plus, les modes de réalisations décrits sont compatibles avec les variantes généralement utilisées pour former des éléments de redressement, des résistances, des éléments capacitifs de façon intégrée. En outre, le triac T pourra être remplacé par tout interrupteur bidirectionnel adapté et tout circuit de commande adapté d'un tel interrupteur est envisageable. Enfin, les modes de réalisation décrits sont compatibles avec d'autres options susceptibles d'équiper usuellement les circuits d'alimentation capacitive.

Claims

REVENDICATIONS1. Alimentation capacitive comportant : un premier élément capacitif (Cl) et un premier élément résistif (R1) en série entre une première borne d'un interrupteur de mise en service (K) et au moins un élément de redressement (D2, D3) dont une deuxième borne est connectée à une première électrode d'au moins un deuxième élément capacitif (C2, C3) de fourniture d'une tension continue (Vcc+, Vcc-) ; et un interrupteur bidirectionnel (T) en parallèle sur la résistance (R1).
2. Alimentation capacitive selon la revendication 1, dans laquelle ledit interrupteur bidirectionnel est un triac.
3. Alimentation capacitive selon la revendication 2, dans laquelle une électrode de commande du triac est connectée à la masse par l'intermédiaire d'un élément (20) fixant une tension seuil.
4. Alimentation capacitive selon la revendication 3, dans laquelle l'élément fixant une tension seuil est un diac (20).
5. Alimentation capacitive selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, comportant en outre un troisième élément capacitif (C4) entre une borne de puissance du triac (T) côté tension continue et la masse (12).
6. Alimentation capacitive selon la revendication 5, comportant en outre un circuit (D1, M, 25) apte à court-25 circuiter le troisième élément capacitif (C4).
7. Alimentation capacitive selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans laquelle l'élément (20) de fixation du seuil de tension fixe les valeurs des tensions continues.
8. Alimentation capacitive selon l'une quelconque des 30 revendications 1 à 7, adaptée à fournir des tensions continues de polarités inverses, dans laquelle deux éléments de redressement (D2, D3) et deux deuxièmes éléments capacitifs (C2, C3) sont respectivement affectés à chaque polarité.