FR2680297A1 - Dispositif d'alimentation d'une charge non lineaire. - Google Patents

Abstract

Dispositif d'alimentation branché à un réseau alternatif et comprenant un redresseur, un transformateur haute-tension dont l'enroulement secondaire est connecté à la charge un élément de commutation haute fréquence (14) relié à un circuit de commande (16), et un dispositif de mesure de l'intensité du courant circulant dans le circuit primaire du transformateur. Selon l'invention, le dispositif de mesure comporte un capteur (30) associé à un dispositif de mémorisation (34) d'une tension proportionnelle à l'intensité traversant l'élément (14) moyennée sur une période de l'oscillation haute fréquence, des dispositifs (43), (38), (41) de traitement de valeurs telles que la valeur en sortie du dispositif (34), la valeur de la tension secteur redressée (CF DESSIN DANS BOPI) , et une valeur de puissance de consigne P0 , ainsi qu'un amplificateur d'erreur (46) dont le signal de sortie commande le circuit (16), de telle façon que l'asservissement de la fréquence de commutation qui en résulte assure à la fois un variation de l'intensité prélevée sur le secteur proportionnelle à la tension délivrée par ledit secteur, et une puissance consommée égale à la puissance de consigne P0 . L'invention s'applique à l'alimentation d'un magnétron de four à micro-ondes.

Description

Dispositif d'alimentation d'une charge non linéaire
L'invention concerne un dispositif d'alimentation d'une charge non linéaire qui est branché à un réseau alternatif de distribution de courant. Le dispositif d'alimentation comprend un redresseur connecté aux bornes dudit réseau et formé par un pont de diodes double alternance dont la sortie est branchée par deux lignes d'alimentation à l'enroulement primaire d'un transformateur haute tension, l'enroulement secondaire étant connecté par deux lignes d'alimentation à la charge non linéaire, un filtre d'antiparasitage haute fréquence positionné à la sortie dudit redresseur et constitué d'une self inductance et d'un condensateur, un élément de commutation haute fréquence positionné sur l'une des lignes d'alimentation et présentant une gâchette reliée à un circuit de commande et un dispositif de mesure de l'intensité du courant circulant dans la ligne d'alimentation contenant l'élément de commutation.

Ledit dispositif de mesure d'intensité permet de détecter une valeur de courant circulant dans la ligne d'alimentation contenant ledit élément de commutation. La valeur ainsi détectée est envoyée au circuit de commande qui applique des signaux de déclenchement à la gâchette de l'élément de commutation. Les signaux de déclenchement émis au circuit de commande rendent conducteur l'élément de commutation en autorisant le passage du courant de l'autre ligne d'alimentation reliée à l'enroulement primaire vers la ligne d'alimentation contenant l'élément de commutation.

L'intensité moyenne débitée à chaque impulsion étant fonction de la fréquence de commande du commutateur, ladite fréquence de commande peut être asservie à la valeur mesurée de ladite intensité moyenne de façon à ce que cette dernière demeure constante.

Des dispositifs de mesure d'intensité pour réaliser la commande de l'élément de commutation ont été mise au point mais ces dispositifs sont généralement complexes, onéreux et ne prennent pas en considération les lois de variation du courant en sinus. Par conséquent l'intensité consommée par le dispositif n'est pas sinusoïdale et la puissance appliquée sur la charge est sensible aux échauffements des composants et aux variations de la tension du secteur.

Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en mettant en oeuvre un dispositif de mesure d'intensité corrigeant la fréquence des signaux de déclenchement du circuit de commande.

Selon l'invention, le dispositif de mesure comporte un capteur destiné à prélever l'intensité sur la ligne d'alimentation et associé à un dispositif de mémorisation qui permet de mémoriser une tension proportionnelle à l'intensité traversant l'élément de commutation moyennée sur une période de l'oscillation haute fréquence, un dispositif d'élévation au carré de la tension secteur redressée |u| lui saisie sur la ligne d'alimentation et de moyennage de la valeur obtenue sur la période du secteur, un premier multiplicateur effectuant le produit de ladite dernière valeur moyenne par la valeur de la tension mémorisée par le dispositif de mémorisation, un second multiplicateur effectuant le produit de la tension secteur redressée |u| lui par la puissance de consigne P0, et un amplificateur d'erreur dont les entrées sont reliées aux sorties des multiplicateurs et dont le signal de sortie commande le circuit de commande de l'élément de commutation de telle façon que l'asservissement de la fréquence de commutation qui en résulte assure à la fois une variation de l'intensité prélevée sur le secteur proportionnelle à la tension délivrée par ledit secteur, et une puissance consommée égale à la puissance de consigne P0.

Grâce au dispositif selon l'invention, l'intensité du courant dans la ligne d'alimentation est mesurée à chaque ouverture de l'élément de commutation, ce calcul permettant de tenir compte de toutes les variations de l'intensité moyenne des impulsions. De cette manière, la fréquence du signal de déclenchement est corrigée soit en augmentation soit en diminution agissant ainsi sur la puissance fournie à la charge non linéaire. La puissance absorbée par la charge peut donc être ajustée à chaque commutation et, de ce fait, l'intensité absorbée peut être maintenue voisine d'une forme sinusoïdale et ladite puissance absorbée asservie à une valeur de consigne.

Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels
la figure 1 représente un exemple de montage d'un
dispositif de mesure d'intensité selon l'invention et
positionné dans un circuit d'alimentation d'un
magnétron ; la figure 2 représente un circuit d'un
dispositif de mesure d'intensité d'une charge non
linéaire adaptée à être montée dans le circuit de la
figure 1.

Selon la figure 1, le circuit est destiné plus particulièrement à l'alimentation d'une charge non linéaire telle qu'un magnétron 1 d'un four à micro-ondes à partir d'un réseau alternatif de distribution arrivant aux bornes 3 et 4 du circuit. Ces bornes 3 et 4 sont reliées à un redresseur 5 qui est formé par un pont de diodes double alternance et dont la sortie est branchée à deux lignes 6 et 7 d'alimentation d'un transformateur haute tension 8. Un filtre d'antiparasitage haute fréquence est positionné à la sortie dudit redresseur 5 et est constitué d'une self-inductance 9 et d'un condensateur 10. Les lignes 6 et 7 sont branchées respectivement aux extrémités 11 et 12 de l'enroulement primaire 13 du transformateur 8. La ligne d'alimentation 7 comporte également un élément de commutation 14 présentant une gâchette 15 reliée à un circuit de commande 16 ainsi qutun dispositif d'aide à la commutation 16'. Ledit élément de commutation 14 est constitué par un interrupteur unidirectionnel en courant. L'interrupteur unidirectionnel 14 est branché, par exemple, en série avec une diode 20 interdisant le courant inverse vers la source, assurant ainsi un meilleur rapport : courant moyen injecté sur courant efficace dans le circuit primaire. Dans d'autres exemples de réalisation non représentés, la diode 20 peut être montée en parallèle avec l'interrupteur unidirectionnel 14. Le circuit comporte également un condensateur 18 branché en parallèle audit enroulement 13, ainsi qu'une self inductance 17 montée en série avec l'ensemble ainsi constitué par le condensateur 18 et l'enroulement primaire 13. La self inductance 17 est couplée à un enroulement secondaire 21 dont les extrémités sont reliées à l'élément chauffant 20 du magnétron 1.

L'enroulement secondaire 19 dudit transformateur 8 comporte respectivement deux bornes 21 et 22 branchées respectivement à deux lignes d'alimentation 23 et 24 reliées l'une 23 à la cathode 2 du magnétron 1 et l'autre 24, à l'anode 25 dudit magnétron qui est relié également à la masse 26. La fréquence des signaux de déclenchement varie suivant la valeur du courant circulant dans la ligne d'alimentation 7.

La valeur de cedit courant est analysée par un dispositif de mesure d'intensité 28. Le dispositif de mesure 28 comporte un capteur 30 destiné à prélever l'intensité sur la ligne d'alimentation 7 et associé à un dispositif de mémorisation 34 qui permet de mémoriser une tension proportionnelle à l'intensité traversant l'élément de commutation 14 moyennée sur une période de l'oscillation haute fréquence, un dispositif 43 d'élévation au carré de la tension secteur redressée |u| lui saisie sur la ligne d'alimentation 6 et de moyennage de la valeur obtenue sur la période du secteur, un premier multiplicateur 38 effectuant le produit de ladite dernière valeur moyenne par la valeur de la tension mémorisée par le dispositif de mémorisation 34, un second multiplicateur 41 effectuant le produit de la tension secteur redressée |u| lui par la puissance de consigne PO, et un amplificateur d'erreur 46 dont les entrées 45-49 sont reliées aux sorties S1, S2 des multiplicateurs 41-38 et dont le signal de sortie commande le circuit de commande 16 de l'élément de commutation 14 de telle façon que l'asservissement de la fréquence de commutation qui en résulte assure à la fois une variation de l'intensité prélevée sur le secteur proportionnelle à la tension délivrée par ledit secteur, et une puissance consommée égale à la puissance de consigne PO.

Comme schématisé aux figures 1 et 2, le capteur 30 comporte un bobinage, par exemple, celui d'un transformateur d'intensité haute fréquence 29. Le bobinage 30 possède deux bornes 31 et 32 dont l'une 32 est reliée à la masse. Une résistance R1 est connectée en parallèle à l'enroulement 30 aux bornes 31 et 32. La borne 31 est reliée à une des entrées 33 du dispositif de mémorisation 34 constitué, par exemple, par un amplificateur échantillonneur-bloqueur commandé par l'activation d'une horloge clk a sur une entrée 35.

L'activation de l'horloge clk a commande un dispositif de commutation non représenté faisant partie intégrante de l'amplificateur 34 qui déclenche la mesure de la valeur de l'intensité de la ligne d'alimentation 7 par sa mémorisation à un instant dit d'échantillonnage. Cet instant d'échantillonnage choisi correspond à l'instant ou l'interrupteur 14 est ouvert et où le courant dans les lignes 6 et 7 est nul, la tension mémorisée audit instant étant alors égale à la valeur moyenne du courant dans l'interrupteur 14 avec la constante de temps du transformateur d'intensité haute fréquence 29.

Dans un autre mode de réalisation, schématisé en traits interrompus sur la figure 1, le capteur 30 est constitué par un bobinage 31 effectué sur le circuit magnétique de la self inductance 17 chargée par un circuit intégrateur à résistance
R et condensateur C.

Selon encore un autre mode de réalisation non représenté, et dans lequel également la self inductance 17 est montée en série avec le dispositif de commutation 14, le capteur 30 est constitué par un filtre passe-haut associé à un circuit intégrateur R-C connecté directement aux bornes de la self inductance 17.

Selon la figure 1, le dispositif de mesure 28 est connecté par une ligne 28A à la ligne d'alimentation 6, par exemple, en amont du condensateur 18 branché en parallèle avec l'enroulement primaire 13, et cette ligne 28A prélève la tension secteur redressée |u| lui qui est envoyée (voir figure 2), d'une part, sur une entrée 40 du deuxième multiplicateur 41 et, d'autre part, sur une entrée 42, du dispositif 43 d'élévation au carré de la valeur absolue de la tension du secteur redressée. Tandis que la sortie 36 de l'amplificateur 34 est connectée, à une entrée 37 du premier multiplicateur 38.

La deuxième entrée 44 du multiplicateur 41 reçoit la puissance de consigne Po de la charge non linéaire au démarrage, cette valeur étant corrigée au cours du fonctionnement. La sortie S1, dudit multiplicateur 41 est connectée à une première entrée 45 de l'amplificateur d'erreur 46. La sortie 47 du dispositif d'élévation au carré 43 est reliée à une entrée 48 du premier multiplicateur 38.

La sortie S2 dudit multiplicateur 38 est connectée à une deuxième entrée 49 de l'amplificateur d'erreur 46. La sortie 50 de l'amplificateur d'erreur 46 est branchée à une entrée 51 du circuit de commande 16.

En référence à la figure 2, le dispositif de mesure d'intensité selon l'invention fonctionne de la manière décrite ci-après. L'amplificateur échantillonneur-bloqueur 34 permet ainsi la mémorisation de la valeur de l'intensité circulant sur la ligne d'alimentation 7.

L'amplificateur 34 délivre, à un instant déterminé, la valeur correspondante I à un multiplicateur 38 qui permet d'effectuer le produit de ladite intensité par la valeur absolue du carré de la tension secteur redressée |u| lui prélevée sur la sortie 47 du dispositif 43. Le produit P1 est donc P1= < IUI2 > .I. et sa valeur est délivrée sur la sortie S2 du multiplicateur 38 connectée à la sortie 49 de l'amplificateur d'erreur 46.

Le multiplicateur 41 effectue le produit de la valeur absolue de la tension secteur redressée |u| lui prélevée sur la ligne d'alimentation 6 par la puissance de consigne P0 de la charge et délivre, sur sa sortie S1, le produit P2 = |u| . P0. Ce produit P2 est envoyé sur l'entrée 42 de l'amplificateur d'erreur 46. L'amplificateur 46 compare les signaux d'entrée 42 et 49, c'est à dire si en condition d'équilibre on a (u)
P0 = < (u)2 > .I..

Le signal de sortie 50 dudit amplificateur d'erreur 46 est envoyé sur l'entrée 51 du circuit de commande 16 qui pilote l'élément de commutation 14, de manière que l'asservissement de la fréquence de commutation qui en résulte assure à la fois une variation de l'intensité prélevée sur le secteur proportionnelle à la tension délivrée par ledit secteur et une puissance consommée égale à la puissance de consigne P0.

Claims (7)

Revendications

1. Dispositif d'alimentation d'une charge non linéaire branché à un réseau alternatif de distribution de courant et comprenant un redresseur (5) connecté aux bornes (3 et 4) dudit réseau et dont la sortie est branchée, par deux lignes d'alimentation (6 et 7), à l'enroulement primaire (13) d'un transformateur haute-tension (8), l'enroulement secondaire (19) étant connecté par deux lignes d'alimentation (23 et 24) à la charge non-linéaire (1), un élément de commutation haute fréquence (14) positionné sur la ligne d'alimentation (7) et présentant une gâchette (15) reliée à un circuit de commande (16), et un dispositif de mesure (28) de l'intensité du courant circulant dans la ligne d'alimentation (7) caractérisé en ce que, le dispositif de mesure (28) comporte un capteur (30) destiné à prélever l'intensité sur la ligne d'alimentation (7) et associé à un dispositif de mémorisation (34) qui permet de mémoriser une tension proportionnelle à l'intensité traversant l'élément de commutation (14) moyennée sur une période de l'oscillation haute fréquence, un dispositif (43) d'élévation au carré de la tension secteur redressée lui saisie sur la ligne d'alimentation (6) et de moyennage de la valeur obtenue sur la période du secteur, un premier multiplicateur (38) effectuant le produit de ladite dernière valeur moyenne par la valeur de la tension mémorisée par le dispositif de mémorisation (34), un second multiplicateur (41) effectuant le produit de la tension secteur redressée lui par la puissance de consigne PO, et un amplificateur d'erreur (46) dont les entrées (45-49) sont reliées aux sorties (S1, S2) des multiplicateurs (38-41) et dont le signal de sortie commande le circuit de commande (16) de l'élément de commutation (14) de telle façon que l'asservissement de la fréquence de commutation qui en résulte assure à la fois une variation de l'intensité prélevée sur le secteur proportionnelle à la tension délivrée par ledit secteur, et une puissance consommée égale à la puissance de consigne PO.

2. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le capteur (30) prélevant l'intensité dans la ligne d'alimentation (7) est un transformateur d'intensité haute fréquence (29).

3. Dispositif d'alimentation selon la revendication 2, caractérisé en ce que, le dispositif de mémorisation est un amplificateur échantillonneur-bloqueur connecté aux bornes du transformateur (29) et dont l'instant d'échantillonnage choisi correspond à l'instant ou l'interrupteur (14) est ouvert et où le courant dans les lignes (6 et 7) est nul, la tension mémorisée audit instant étant alors égale à la valeur moyenne du courant dans l'interrupteur (14) avec la constante de temps du transformateur d'intensité haute fréquence (29).

4. Dispositif d'alimentation selon la revendication 3, caractérisé en ce que, l'amplificateur échantillonneurbloqueur (34) comporte une sortie (36) reliée à une entrée (37) du premier multiplicateur (38) qui est lui même relié par une entrée (48) au dispositif d'élévation au carré et de moyennage (43) et dont une sortie (52) est reliée à l'une (49) des entrées de l'amplificateur d'erreur (46), l'autre (45) des entrées dudit amplificateur d'erreur étant branché à la sortie du second multiplicateur (41) dont une entrée (44) reçoit la puissance de consigne PO et dont une autre entrée (40) est reliée à la ligne d'alimentation (6), elle-même à l'entrée (42) du dispositif (43).

5. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1 et comprenant en outre une self inductance (17) montée en série avec le dispositif de commutation (14), caractérisé en ce que le capteur (30) est constitué par un bobinage (31) effectué sur le circuit magnétique de la self inductance (17) chargée par un circuit intégrateur (32).

6. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1 et comprenant en outre une self inductance (17) montée en série avec le dispositif de commutation (14), caractérisé en ce que le capteur (30) est constitué par un filtre passe-haut associé à un circuit intégrateur connecté aux bornes de la self inductance (17).

7. Dispositif d'alimentation selon l'un quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la charge non linéaire est un magnétron.