FR2701339A1 - Dispositif d'alimentation électrique délivrant une tension aux polarités alternées de manière cyclique. - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte aux dispositifs d'alimentation d'éléments électriques tels que notamment les lampes à décharge. Le dispositif d'alimentation suivant l'invention comporte une source de tension (SC), un dispositif de commande (4), un circuit de commutation (3) commandé par le dispositif de commande pour relier un élément électrique (DL) à la source de tension (SC). Conformément à l'invention, le circuit de commutation (3) est électriquement isolé du dispositif de commande (4). Ceci permet à l'élément électrique (DL) de n'être pas référencé par rapport à un potentiel appliqué au dispositif de commande.

Description

La présente invention concerne un dispositif pour l'alimentation, à partir d'une tension continue, d'un élément électrique du type nécessitant des applications successives de tensions avec des polarités inversées entre deux applications consécutives. L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans l'alimentation des lampes à décharge.

L'alimentation d'un élément électrique tel qu'une lampe à décharge, à partir d'une tension continue, s'effectue couramment à l'aide des moyens de commutation d'un montage du type Onduleur.

La figure 1 représente de façon schématique, la configuration classique d'un onduleur réalisant une telle alimentation d'une lampe à décharge DL. Chacune des deux bornes d'alimentation B1, B2 de la lampe DL est reliée à une source de tension continue SC, par l'intermédiaire de deux éléments de commutation I1, I2 et I3, I4, constituant chacun un interrupteur:
- la première borne B1 est reliée à la fois au potentiel positif "+" et au potentiel négatif "-" de la source SC, par l'intermédiaire respectivement d'un premier et d'un second interrupteurs I1, I2;
- la seconde borne B2 est elle aussi reliée à la fois au potentiel positif "+" et au potentiel négatif " ", par l'intermédiaire respectivement d'un troisième et d'un quatrième interrupteurs I3, I4.

Les interrupteurs I1 à I4 sont couramment constitués par des transistors, par exemple du type bipolaire ou à effet de champ. Leur état "ouvert" ou "ferme" est commandé par un dispositif de commande COM, auxquels ils sont reliés par des liaisons qui sur la figure 1 sont symbolisées en traits pointillés. De manière classique, le dispositif de commande COM commande les interrupteurs I1 à I4 par des signaux de tension appliqués par rapport à un potentiel de référence, la masse par exemple. Les interrupteurs constituent ainsi un pont dont le pied est au potentiel de référence c'est à dire à la masse, du côté de la polarité positive "+" dans 1' exemple représenté.

Dans une première partie d'un cycle de fonctionnement, la tension d'alimentation délivrée par la source SC est appliquée à la lampe DL avec le potentiel positif "+" sur la première borne B1, et le potentiel négatif sur la seconde borne B2. A cet effet, les premier et quatrième interrupteurs I1, I4 sont mis à l'état "ferme" c'est à dire "passant", et.les deuxième et troisième interrupteurs I2, I3 sont commandés pour être à l'état "ouvert" c'est à dire "bloqué". Dans une phase suivante du fonctionnement, les premier et quatrième interrupteurs I1, I4 sont mis à l'état "ouvert", les deuxième et troisième I2, I3 étant mis à l'état "fermé", de telle sorte que les polarités positive "+" et négative "-" soient appliquées respectivement à la seconde borne
B2 et à la première borne B1.

Ce fonctionnement est en lui-même bien connu.

Parmi les problèmes importants rencontrés, on peut citer celui qui consiste à éviter la mise en court-circuit de la source continue SC, lors des commutations des transistors ou interrupteurs I1 à I4. I1 est connu à cet effet d'aménager des temps morts lors des commutations, à l'aide de circuits monostables (non représentés). Ceci a pour conséquence d'augmenter la complexité du dispositif, son encombrement et son coût, sans pour autant constituer une sécurité absolue, car dans certains cas d'environnement très pollué électromagnétiquement, il est difficile d'éviter une mise en conduction parasite des transistors qui constituent les éléments de commutation I1 à I4.

I1 est à noter que l'on trouve des environnements particulièrement pollués quand il s'agit d'alimenter des lampes à décharge, notamment pour constituer des projecteurs de véhicules automobiles.

L'auteur de l'invention a observé en outre que dans certains cas d'utilisation des Onduleurs, il peut surgir une nouvelle difficulté importante, liée au fait de référencer par rapport à un potentiel donné, la masse par exemple, le pied du pont de l'onduleur. L'auteur de l'invention a observé en effet que dans certains cas, il n'était pas souhaitable de réaliser cette référence comme on le fait habituellement, en particulier dans le cas des utilisations dans lesquelles la valeur moyenne du potentiel électrique de la charge par rapport à la masse doit être négative.On rencontre ce cas par exemple avec les lampes à décharge placées au voisinage immédiat d'une masse métallique reliée à la masse: les cations engendrés par l'ionisation du gaz dans la lampe sont alors susceptibles de réagir avec l'enveloppe transparente de cette dernière, et de former des composés opaques qui dégradent la transparence de l'enveloppe. I1 est alors plutôt souhaitable d'appliquer à la lampe une tension d'alimentation sous forme "flottante", c'est à dire non référencée par rapport à un potentiel donné.

L'un des problèmes dans un tel cas est que les dispositifs de commande classiques des transistors ou interrupteurs du pont, ne sont prévus que pour fonctionner avec des signaux référencés par rapport au pied du pont, et n'engendrent pas des commandes réellement "flottantes" pour tous les transistors du pont.

L'invention apporte une solution aux problèmes et difficultés ci-dessus mentionnés. Elle permet de réaliser un dispositif d'alimentation de faible volume, délivrant de manière simple à partir d'une tension éventuellement continue, une tension "flottante" destinée à l'alimentation d'éléments électriques dont le fonctionnement est basé sur des inversions successives des polarités de l'alimentation.

L'invention concerne donc un dispositif d'alimentation d'un élément électrique, comportant, une source de tension délivrant une tension d'alimentation, un circuit de commutation par lequel la tension d'alimentation est appliquée à l'élément électrique, un dispositif de commande agissant sur le circuit de commutation de manière que la tension d'alimentation soit appliquée à l'élément électrique de façon cyclique, chaque cycle comportant au moins deux phases consécutives dans lesquelles la tension d'alimentation est appliquée avec des polarités inversées, caractérisé en ce que le dispositif de commande est relié au circuit de commutation par l'intermédiaire d'au moins un transformateur.

Une telle disposition permet d'obtenir une isolation électrique, en continu, du circuit de commutation par rapport au dispositif de commande, et permet par suite à la source de tension d'être à un potentiel flottant.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés parmi lesquels:
- la figure 1, déjà décrite, illustre le fonctionnement d'un onduleur de type connu;
- la figure 2 est le schéma de principe d'un dispositif d'alimentation suivant l'invention;
- les figures 3a, 3b, 3c, 3d forment un chronogramme illustrant le fonctionnement d'un dispositif de commande;
- les figures 4a, 4b, 4c illustrent une partie du fonctionnement dite en régime transitoire;
- les figures 5a, 5b, 5c, 5d, 5e illustrent la réalisation d'un temps mort;
- la figure 6 représente une autre version d'un dispositif de commande montré à la figure 2.

La figure 2 montre le schéma d'un dispositif d'alimentation 2 suivant l'invention, fournissant une tension d'alimentation à un élément électrique DL qui, dans l'exemple non limitatif décrit est une lampe à décharge. Le dispositif d'alimentation 2 comporte une source de tension continue SC et un circuit de commutation 3 par lequel les sorties +, llll de la source SC correspondant aux polarités positive "+" et négative "-" de la tension d'alimentation, sont reliées aux bornes B1, B2 de la lampe à décharge DL.

Le dispositif d'alimentation comporte en outre un dispositif de commande 4 servant à commander le fonctionnement du circuit de commutation 3.

Suivant une caractéristique de l'invention, le dispositif de commande 4 est relié au circuit de commutation par l'intermédiaire d'au moins un transformateur Ta, Tb réalisant l'isolation électrique (en courant continu) entre le dispositif de commande et le circuit de commutation 3. Le dispositif de commande 4 peut ainsi fonctionner avec des tensions référencées par rapport à un potentiel de référence, la masse par exemple ,et commander le circuit de commutation 3 sans lui imposer ce potentiel de référence. I1 en résulte que le circuit de commutation et donc tous les transistors qu'ils comportent, ainsi que la source de tension SC et la lampe à décharge DL, sont à un potentiel flottant.

Dans l'exemple non limitatif décrit, deux transformateurs Ta, Tb sont utilisés entre le dispositif de commande 4 et le circuit de commutation 3, pour commander dans ces derniers d'une part, quatre commutateurs Q1, Q2, Q3, Q4 constitués par des transistors, et pour commander d'autre part une seconde série de quatre transistors T1, T2, T3, T4 du type bipolaire ,appelés dans la description "transistors d'autorisation", dont la fonction est d'autoriser ou interdire une commutation par les commutateurs.

Les commutateurs Q1 à Q4 remplissent une fonction d'interrupteur d'une manière semblable à celle des interrupteurs de la figure 1; ils peuvent être constitues par exemple par des transistors à effet de champ, par exemple du type M.O.S., ou tout autre type de transistor dont la grille ou base serait isolée.

La source de tension SC est reliée & la lampe à décharge DL d'une manière semblable à celle déjà expliquée en référence à la figure 1:
- la polarité positive "+g est reliée simultanément aux drains D du premier et du troisième commutateurs Q1, Q3 dont les sources S sont reliées respectivement à la première et à la seconde bornes B1,
B2 de la lampe à décharge DL;
- la polarité négative "-" est reliée simultanément aux sources S du deuxième et du quatrième commutateurs Q2, Q4, dont les drains D sont reliés respectivement à la première et à la seconde borne B1,
B2;
- en outre la source S du premier commutateur Q1 est reliée au drain D du second Q2, et la source S du troisième Q3 est reliée au drain D du quatrième Q4.

Les deux transformateurs Ta, Tb comportent chacun un enroulement primaire Pa, Pb, et quatre enroulements secondaires Sla, S2a, S3a, S4a et Slb, S2b, S3b, S4b.

Pour chaque transformateur Ta, Tb, deux enroulement secondaires servent à commander à l'état "passant" deux des commutateurs Q1 à Q4; les deux autres enroulements commandent deux transistors d'autorisation T1 à T4 dont l'actionnement empêche l'accomplissement de toute commutation par les deux autres commutateurs.

Pour le premier transformateur Ta
- la première extrémité El du premier enroulement secondaire Sla est reliée à la grille G du premier commutateur Q1, par l'intermédiaire d'une diode D1 suivie d'une résistance R1, l'anode de D1 étant du côté de l'enroulement.La seconde extrémité E2 de Sla est reliée à la source S de Q1 où sont aussi connectés l'anode d'une diode zener Z1, l'émetteur d'un premier transistor d'autorisation T1, une résistance R3 et une capacité C1 ,ainsi que le drain D de Q2 et la seconde extrémité E2 du secondaire S4b du deuxième transformateur Tb; la capacité C1 et la résistance R3 sont reliées par leur autre extrémité à un point commun entre la cathode d'une diode
D2 et une résistance R2 dont l'autre extrémité est reliée à la base du premier transistor d'autorisation T1. Le collecteur de ce dernier et la cathode de la zener Z1 sont reliées à la grille G de Q1. Une organisation semblable est répétée au niveau de chacun des autres commutateurs Q2, Q3, Q4, à l'aide des autres secondaires.

- la première extrémité El du deuxième secondaire S2a est reliée à la base b d'un deuxième transistor d'autorisation T2, par l'intermédiaire successivement d'une diode D4 et d'une résistance R5 .Au point commun à D4 et R5 sont connectés une résistance R6 et une capacité C2 en parallèles dont les extrémités opposées sont réunies à un point commun à la source S du deuxième commutateur Q2, de l'émetteur du deuxième transistor T2 et de l'anode d'une deuxième diode zener
Z2. La cathode de la zener Z2 et le collecteur du transistor T2 sont reliées à la grille G de Q2, où aboutit une résistance R4 ayant son autre extrémité réunie à la cathode d' une diode D3.

- la première extrémité El de S3a est reliée via une diode D7 et une résistance R10, à la grille G du quatrième commutateur Q4 à laquelle sont également connectés une diode zener Z4 et le collecteur du quatrième transistor d'autorisation T4. L'anode de Z4 est réunie avec la source S de Q4, l'émetteur de T4, une résistance et une capacité R12, C4. La base du transistor
T4 est reliée à une résistance R11, dont 1' autre extrémité est connectée aux secondes extrémités de R12 et
C4 ainsi qu'à la cathode d'une diode D8. La seconde extrémité de S3a est reliée à la source S de Q4.

-la première extrémité El de S4a est reliée à la base B du troisième transistor d'autorisation T3 via une diode D6 suivie d'une résistance R8, la cathode de cette dernière étant reliée à R8 ainsi qu'à une capacité C3 et une résistance R9 en parallèles dont les autres extrémités sont reliées à l'émetteur de T3, à l'anode d'une zener Z3, et à la source S du troisième commutateur
Q3.

Pour le deuxième transformateur Tb
- la première extrémité El du premier secondaire
Slb est reliée à l'anode d'une diode D5 dont la cathode est réunie à une résistance R7 ayant son autre extrémité reliée à la grille de Q3 .L'autre extrémité de Slb est reliée à la source S de Q3;
- la première extrémité El de S2b est reliée à l'anode de D8, en vue de commander T4. L'autre extrémité de S2b est reliée à la source S de Q4;
- la première extrémité El de S3b est reliée à l'anode de la diode D3 en vue de commander le commutateur
Q2. L'autre extrémité de S3b est reliée à la source S de
Q2.

- la première extrémité de S4b est reliée à l'anode de la diode D2 en vue de commander le transistor
T1. L'autre extrémité de S4b est reliée à l'émetteur de T1 et à la source S de Q1.

Chacun des enroulements primaires Pa, Pb est relié par sa première extrémité El à une tension V1 qui par exemple est positive par rapport à la masse. L'autre extrémité de chaque primaire est reliée à un transistor de commande TC1, TC2 dont la fonction est de relier ou non chaque seconde extrémité de primaire à la masse. Ces transistors peuvent être par exemple du type à effet de champ, ou du type bipolaire bien que ces derniers présentent l'inconvénient par rapport aux effet de champ, de limiter la fréquence de fonctionnement et donc d'exiger des transformateurs Ta, Tb plus volumineux.Dans l'exemple représenté, le premier et le second transformateurs Ta, Tb sont commandés respectivement par un premier et un second transistors de commande TC1, TC2 ,du type à effet de champ, dont le drain D est relié à l'enroulement primaire, la source S à la masse ,et dont la grille G reçoit un signal de commande SC1 pour TC1 et SC2 pour TC2.

Les signaux de commande SC1, SC2 sont des signaux de tension sous forme de créneaux, ayant (dans un état dit stable ou stationnaire du fonctionnement) des états "logiques" complémentaires, c'est à dire que quand le signal SC1 est à "1", le signal SC2 est à "0" (à ce stade de la description, on ne tient pas encore compte dlune caractéristique de 1' invention suivant laquelle les signaux de commande SC1, SC2 subissent un découpage tel qu'ils constituent des signaux "nuls" ou "hachés", signaux qui seront davantage expliqués dans une autre partie de la description); dans 1' exemple, l'état "0", correspond à une tension voisine de la masse, et l'état "1" correspond à une tension positive plus grande que le seuil de conduction des transistors de commande TC1, TC2.

Ces signaux SC1, SC2 sont délivrés respectivement par une sortie 6 et une sortie 7 du dispositif de commande 4.

Dans ces conditions, quand les signaux de commande SC1 sont appliqués au premier transistor de commande TC1, ils provoquent sa conduction qui elle-même engendre un courant dans le primaire de Ta et des tensions aux bornes de ses secondaires. I1 en résulte que
- les premier et quatrième commutateurs Q1, Q4 sont mis à l'état" passant";
- la base des transistors d'autorisation T2, T3 est alimentée (en permanence); ces transistors sont saturés et rendus conducteurs, et par suite imposent une faible impédance entre grille et source des deuxième et troisième commutateurs Q2 et Q3. Ceci empêche toute mise en conduction intempestive et parasite de ces commutateurs Q2, Q3.

Le second transformateur Tb n'étant pas actionné, ces commutateurs Q2, Q3 bien entendu ne sont pas commandés, et d'autre part les premier et quatrième transistors d'autorisation T1, T4 n'étant pas activés, ils ne court-circuitent donc pas la commande des commutateurs Ql et Q4.

Quand les seconds signaux de commande SC2 sont appliqués à leur tour
- les premier et quatrième commutateurs Q1, Q4 sont mis à l'état" bloqué";
- les deuxième et troisième transistors d'autorisation T2, T3 ne font plus court-circuit entre grille et source des commutateurs Q1, Q3.

C'est au tour du second transformateur Tb d'être actionné
- les commutateurs Q2, Q3 sont commandés en conduction et mis à l'état "passant". La charge que constitue la lampe à décharge DL reçoit alors une tension d'alimentation ayant des polarités inversées par rapport à la phase précédente de fonctionnement où les commutateurs Q1 et Q3 étaient à l'état passant;
- les premier et quatrième transistors d'autorisation T1, T4 conduisent et réalisent un courtcircuit entre grille et source des commutateurs Q1 et Q4, empêchant toutes conductions indésirables de ces derniers.

La fréquence à laquelle s'effectue les inversions de polarités de la tension d'alimentation est définie dans le dispositif de commande 4, à 1' aide d'un oscillateur ou générateur de signaux de tension 10 délivrant des premier signaux cycliques CY1, qui successivement passent de l'état logique "0" (tension voisine de la masse) à l'état "1" (tension permettant de mettre TC1, TC2 en saturation) puis à l'état "0" etc....

Les premier signaux cycliques CY1 sont appliqués simultanément à une entrée el d 'une porte "ET" P1 à deux entrées ,à une capacité C9 et à l'entrée d'un premier inverseur 11 .L'autre côté de la capacité C9 est relié à la fois à l'entrée d'un deuxième inverseur 12, à une résistance R20, et à la cathode d'une diode D20; l'autre extrémité de R20 et l'anode de la diode D20 sont à la masse. Le deuxième inverseur 12 de préférence présente de façon classique des caractéristiques d'hystérésis, lui permettant de produire un créneau de tension en réponse à l'impulsion qui lui est transmise par C9 lors des variations positives du signal cyclique CY1 (la diode D20 éliminant les variations négatives).Ce créneau de tension se retrouve en positif en sortie 6 de la porte
P1, où il constitue un signal appelé "premier signal d'initialisation SI1".

La sortie de cet inverseur 12 est appliquée à l'entrée d'un troisième inverseur 13, dont la sortie est reliée à l'anode d'une diode 21 ayant sa cathode reliée à la seconde entrée e2 de la porte P1. Cette seconde entrée e2 est en outre reliée à la masse par une résistance R21 et à la cathode d'une diode D22, dont l'anode est reliée à un second générateur de signaux 15 délivrant des second signaux cycliques CY2. A l'exception des générateurs 10, 15, et du premier inverseur 11, les éléments cités cides sus forment un premier circuit logique CL1 qui délivre les premier signaux de commande SC1 par la sortie 6 de la porte P1.

Les second signaux cycliques CY2 réalisent le découpage qui a été précédemment mentionné. Ces signaux
CY2 passent de l'état "0" à l'état logique "1" et inversement. Leur fréquence est de préférence grande par rapport à celle des premier signaux cycliques CY1. Par exemple, la fréquence des premier signaux cycliques CY1 peut être de l'ordre de 500 Hz et celle des second signaux cycliques CY2 peut être de l'ordre de 1 MHz; avec pour chaque cas sensiblement une même durée des états "0" et "1".

La sortie du premier inverseur 11 délivre les premiers signaux cycliques CY1 avec une phase opposée à celle qui est appliquée au premier circuit logique CL1.

Le premier inverseur 11 applique ces signaux CY1 inversés à un second circuit logique CL2, constitué en tous points d'une même manière que le premier circuit logique CL1.

Le second circuit logique CL2 comporte
- une capacité C9' correspondant à la capacité C9 de CL1;
- une seconde porte P2 formant un "ET" à deux entrées el, e2 ,et correspondant à la première porte P1;
- des résistances R 20' et R21' qui correspondent respectivement à R 20 et R21 de CL1;
- des diodes D20', D21', D22' qui correspondent respectivement à D20, D21, D22 de CL1;
- des inverseurs 12' et 13' qui correspondent respectivement aux inverseurs 12 et 13 de CL1.

Les circuits CL1, CL2 étant identiques ils fonctionnent d'une même manière, Ils sont actionnés à partir des mêmes signaux cycliques CY1 ,CY2, à la différence cependant que les premiers cycliques CY1 son inversés par l'inverseur 11 pour être appliqués au second circuit CL2.

Quand les signaux CY1 appliqués à CL1 sont à l'état "1", ils autorisent le passage par la première porte P1 des second signaux cycliques CY2. On retrouve alors sur la grille G du premier transistor de commande
TC1, des signaux qui correspondent à ceux délivrés par le second générateur 15. Pendant ce temps la sortie de P2, c'est à dire la grille du second transistor de commande
TC2 est à "0", car l'inverseur 11 maintient un niveau "0" à l'entrée el de la seconde porte P2.

Quand les signaux CY1 passent à l'état "0", le fonctionnement s'inverse :la première porte P1 ne laisse pas passer les second signaux CY2 et les premiers signaux de commande SC1 maintiennent la grille de TC1 à "0", le premier transformateur Ta n'est pas actionné. Par contre la sortie de 1' inverseur 11 est passée à l'état "1" et autorise le passage des seconds signaux cycliques CY2 par la seconde porte P2.

Les seconds signaux de commande SC2 appliqués à la grille du deuxième transistor TC2 sont alors l'image des second signaux cycliques CY2, et le second transformateur Tb est actionné au rythme de ces seconds signaux cycliques.

Il est à noter que comme déjà mentionné précédemment, un changement d'état des premiers signaux cycliques CY1 de "0" à "1" engendre un premier signal d'initialisation SI1 en sortie 6 de la première porte P1, et que du fait de l'action du premier inverseur 11, un tel signal appelé "second signal SI2" est engendré en sortie 7 de la seconde porte P2, en synchronisme avec chaque passage de "1" à "0" de ces premiers signaux cycliques CY1.

Les figures 3a à 3d illustrent le fonctionnement ci-dessus décrit sur une fraction d'un cycle des premiers signaux cycliques CY1.

La figure 3a montre qu'à un instant tO, le premier signal cyclique CY1 est déjà à l'état "1" qu'il conserve jusqu'à un instant t5 où il passe à l'état "0".

La figure 3b représente le second signal cyclique
CY2, et montre qu'il passe à l'état "1" à l'instant t0, puis à l'état "0" à l'instant tl, puis successivement "1", "0", "1", "0", "1", "0" respectivement aux instants t2, t3 ,t4, t6, t8, t9
La figure 3c représente le premier signal de commande SC1 et montre qu'il suit les mêmes changements d'état que le second signal cyclique CY2, jusqu'à l'instant t5 où le premier signal cyclique CY1 passe à "0". L'instant t5 est celui où cesse la commande du premier transformateur Ta.

La figure 3d représente le second signal de commande SC2 et montre qu'il était à "0" tant que le premier signal cyclique SC1 était à nl.A l'instant t5 le second signal cyclique SC2 passe à l'état "1" qu'il conserve jusqu'à un instant t7 où il repasse à "0", alors que le second signal cyclique CY2 est passé de "1" à "0" à un instant t6 qui précède l'instant t7. Ceci montre que dans le second signal de commande SC2, le créneau positif constitué entre les instants t5 et t7 n'est pas engendré par le second signal cyclique CY2, mais correspond au signal d'initialisation SI2 précédemment cité.Bien entendu un signal d'initialisation SI1 (non représenté) est engendré dans les premiers signaux de commande SC1 quand le premier signal cyclique CY1 passe dans l'état "0" à l'état "1". Ces signaux d'initialisation SI1, SI2 ont une durée T1 fixée par les résistances et capacités
R20, R20', C9, C9' du dispositif de commande 4.. A l'instant t8 les seconds signaux de commande SC2 passent à l'état "1" qu'il conserve jusqu'à l'instant t9 où il repasse à "0" et ainsi de suite. A partir de l'instant t8 les changements d'état des seconds signaux de commande sont en phase avec ceux du second signal cyclique CY2.

Pour chaque état logique "0" ou "1" du premier signal cyclique CY1, le système atteint un régime stationnaire ou stable au bout de quelques périodes du second signal cyclique CY2.

Les figures 4a, 4b, illustrent le fonctionnent des moyens de commutation 3 en régime stationnaire, en fonction des changements d'état des seconds signaux cycliques CY2 montrés à la figure 4c.

La figure 4a représente des variations d'une tension V2 au niveau de la grille G du premier commutateur Q1 (par rapport à sa source S) .I1 est à noter que ces variations se retrouvent également sur la grille du quatrième commutateur Q4, ces deux commutateurs Q1 et Q4 étant actionnés simultanément:
- en supposant qu'à partir de l'instant t0 le signal cyclique CY2 soit à l'état "1", on voit à la figure 4a que la tension V2 va en diminuant jusqu'à l'instant tl où le signal cyclique CY2 descent à l'état "O" .

En fait (en référence provisoirement à la figure 2), la tension V2 résulte du courant engendré par le transformateur qui restitue, au secondaire Sla (entre des instants tl et t3 illustrés aux figures 4a à 4c), 1" énergie magnétique accumulée lorsque le premier transistor de commande TC1 est conducteur. Il est à noter que compte tenu des sens de couplage des enroulements des transformateurs Ta, Tb, lorsque le premier transistor de commande TC1 est conducteur, la première diode D1 est bloquée.

Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 2, les sens de couplage des enroulements des transformateurs Ta, Tb sont adaptés à un fonctionnement du type "à restitution d'energie" bien connu sous le nom anglais "f ly-back". Un "f ly- back" est un convertisseur "DC/DC" c'est à dire continu/continu à restitution d'energie, dont le schéma de base correspond sensiblement par exemple, à celui qui est formé sur la figure 2 par l'enroulement primaire Pa ayant une extrémité connectée à la tension positive V1 et l'autre reliée à la masse par le transistor de commutation TC1 formant interrupteur, lequel primaire Pa est couplé au premier enroulement secondaire Sla dont une extrémité est reliée à la grille
G de Q1 par la diode D1, et dont l'autre extrémité est reliée à la source S de Q1 (la grille de Q1 constituant la charge de cet enroulement secondaire). Il est à remarquer qu'entre le primaire Pa et le premier secondaire Sla le sens du couplage est "inverse".

Le sens de couplage des différents enroulements est illustré à la figure 2 par le fait d'une part, qu'au niveau des primaires Pa, Pb est porté un point repéré 1, et d'autre part qu'au niveau de chacun des secondaires est porté, soit un point repéré 1 situé du côté de l'une des extremités et signifiant que le sens de couplage par rapport au primaire est "direct", soit un point situé du côté de l'autre extrémité et repéré 1', et signifiant que le sens de couplage est "inverse". Par exemple pour le premier transformateur Ta, les sens de couplage sont comme suit:
- "inverse" pour le premier enroulement secondaire Sla;
- "direct" pour le deuxième enroulement secondaire S2a;
- "inverse" pour le troisième enroulement secondaire S3a;
- "direct" pour le quatrième enroulement secondaire S4a.

On retrouve une même disposition que ci-dessus pour les enroulements Pb et Slb, S2b, S3b, S4b du second transformateur Tb.

Ainsi la tension délivrée par le premier enroulement secondaire Sla est appliquée à la grille G de Q1 (il est à noter que cette explication de fonctionnement s'applique d'une manière semblable aux cas de Q2, Q3, Q4) par l'intermédiaire de la diode D1 et de la résistance R1, au travers desquelles se charge la capacité grille-source (non représentée) de Q1. La valeur de la tension délivrée par Sal doit être suffisante pour que Q1 conduise en saturation. La valeur maximum VZ de la tension V2 est limitée par la diode zener Z1.

En référence à nouveau à la figure 4a, dans l'intervalle de temps compris entre les instants tO et tl, se produit la décharge de la capacité grille-source.

La valeur de la tension V2 reste cependant supérieure à celle nécessaire à conserver Q1 (et Q4) en saturation. A partir de l'instant tl le transformateur Ta restituant une partie de l'énergie accumulée dans la phase précédente, on recharge la capacité grille-source jusqu'à atteindre la tension zener VZ à un instant t2. V2 reste stable jusqu'à un instant t3 ou le signal cyclique CY2 repasse à l'état "1", on a alors une diminution de V2 dans les même conditions qu'à l'instant t0. En fait les grilles de Q1 et Q4 sont alimentées par le transformateur
Ta à la façon en elle-même connue des charges des convertisseurs "f ly-back".

La figure 4b illustre les variations d'une tension VC appliquée à la base b du second transistor d'autorisation T2 (les deuxième et troisième transistors d'autorisation T2, T3, étant commandés simultanément, l'explication qui suit est valable également pour le troisième transistor et la capacité C3). A l'instant tl, le signal cyclique CY2 étant à l'état 0, la tension VC va en diminuant jusqu'à l'instant t3 où CY2 passe à l'état 1.

En référence provisoirement à la figure 2, la tension VC délivrée par l'enroulement secondaire Sa2 est appliquée à la base b de T2 au travers d'une diode D4 et d'une résistance R5; on charge alors la capacité C2, et cette dernière se décharge dans la base de T2 et dans une résistance R6 en parallèle quand le transformateur Ta n'est plus actionné,
En référence à nouveau à la figure 4b, l'intervalle de temps compris entre les instants tl et t3 correspond à la décharge de la capacité C2. Dans cette phase de fonctionnement, le minimum de la tension VC reste supérieur à une valeur nécessaire à obtenir la saturation de T2. A l'instant t3 la tension VC remonte avec le passage à l'état "1" du signal CY2. La valeur de
VC reste stable jusqu'à un instant t4 où CY2 retourne à l'état "0", et où C2 se décharge à nouveau.

Les figures 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, illustrent la réalisation d'un temps mort entre la commutation d'une part des commutateurs Q1, Q4, et d'autre part des commutateurs Q2, Q3.

La figure 5a représente les seconds signaux de commande SC2. La figure 5b représente la tension VC aux bornes des capacités C2, C3. La figure 5c représente une tension VC' appliquée aux capacités C1, C4 c'est à dire aux bases des premier et quatrième transistors d'autorisation T1, T4. La figure 5d représente des variations de la tension V2' appliquée entre grille et source des deuxième et troisième commutateurs Q2, Q3.La figure 5e représente les variations de la tension V2 appliquée entre grille et source des premier et quatrième commutateurs Q1, Q4
En supposant qu'à un instant t0, les premiers signaux de commande SC1 (non représentés) actionnent le premier transformateur Ta, les seconds signaux de commande SC2 sont à "0" (figure 5a); la tension VC sur les capacités est à une valeur Vst qui permet la saturation des transistors T2, T3(figure 5b); à la figure 5c ,la tension VC' est à "0"; la tension V2' de commande des deuxième et troisième commutateurs Q2, Q3 est à "0";la figure 5e montre que la tension V2 de commande des commutateurs Q1, Q4 est à 11111.

L'instant tl correspond au passage de l'état "1" à l'état "0" du premier signal cyclique CY1 montré figure 3a, et correspond à la fin de la phase d'actionnement du premier transformateur Ta .A cet instant tl:
- la figure 5a montre que le second signal de commande SC2 passe à l'état "1" (qu'il conserve jusqu'à un instant t2 afin de former un créneau qui constitue le signal d'initialisation SI2 déjà montré en figure 3d );
- la figure 5b montre que la tension VC sur les capacités C2, C3 commence à diminuer, les secondaires
Sa2, Sa3 n'étant plus activés;;
- la figure 5c montre que la tension VC' de commande de conduction en saturation des premier et quatrième transistors T1, T4 est appliquée à ces derniers;
- la figure 5d montre que la tension V2' est encore à une valeur proche de zéro;
- la figure 5e montre que la tension V2 appliquée aux grilles des commutateurs Q1, Q4 est supprimée par suite de la mise en conduction des transistors d'autorisation T1, T4.

A l'instant t2:
- la figure 5a montre le passage à "0" du second signal de commande SC2;
- on voit figure 5b que la tension VC sur les capacités C2, C3 continue à décroître;
- la figure 5c montre que la tension VC' sur les capacités C1, C4 commence à diminuer suite au passage à "0" de SC2;
A l'instant t3; le signal SC2 passe à l'état "l"(figure 5a):
- à la figure 5c, la tension VC' ayant diminué légèrement (tout en restant largement au dessus de la valeur nécessaire à la saturation de T1 et T4), elle remonte à sa valeur maximale;
A l'instant t4, le signal SC2 passe à "0" (figure 5a); la tension VC sur les capacités C2 et C3 c'est à dire sur les bases des transistors d'autorisation T2 et
T3, est déjà parvenue à une valeur dite de blocage VBL inférieure à la valeur nécessaire à entraîner la conduction des transistors T2 et T3;
- la figure 5c montre que la tension VC' (sur C1,
C4) diminue légèrement comme à l'instant t2); ;
- la figure 5d montre que la tension V2' est appliquée entre grille et source des deuxième et troisième commutateurs Q2, Q3, avec une valeur VZ propre à faire conduire en régime saturé ces commutateurs.

A cet instant t4 le fonctionnement arrive au régime de fonctionnement stabilisé. L'intervalle de temps entre l'instant tl et l'instant t4 représente le temps "mort" entre la commutation des commutateurs Q1, Q4 et
Q2, Q3.

Il est ainsi possible de réaliser un temps mort dans la commutation ,et particulièrement d'obtenir la simultanéité entre l'apparition de ce temps mort et les fronts du premier signal cyclique CY1. La durée du temps mort est aléatoire, avec une durée supérieure au temps de décroissance de la tension VC (entre la tension de saturation Vst et la valeur de blocage VBL) et inférieure à la durée précédente + T/2 (T = période des seconds signaux de commande SC2).

Dans de nombreux cas ,le positionnement des fronts de commutation, par rapport aux fronts (c'est à dire les changements d'état) du premier signal cyclique SC1 est d'importance secondaire. Le schéma du dispositif de commande 4 montré à la figure 2 peut alors être simplifié.

La figure 6 montre le schéma d'un dispositif 4a qui constitue une version simplifiée du dispositif de commande 4 de la figure 2.

Le dispositif de commande 4a comporte les premier et second générateurs de signaux 10, 15 déjà montrés à la figure 2, et qui délivrent respectivement les premier et second signaux cycliques CY1, CY2. Les premiers signaux cycliques CY1 sont appliqués à l'entrée el d'une porte "ET" P1 à deux entrées, ainsi qu'à l'entrée d'un inverseur 12 dont la sortie est reliée à l'entrée el d'une seconde porte "ET" P2. Les seconds signaux cycliques CY2 du second générateur 15 sont appliqués simultanément aux secondes entrées e2 de chacune des deux portes P1, P2. Les sorties 6 et 7 des portes P1, P2 délivrent respectivement des signaux SC1' et SC2' qui correspondent respectivement aux premiers et seconds signaux de commande SC1 et SC2 précédemment mentionnés, destinés à être appliqués aux grilles des premier et second transistors de commande TC1, TC2.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1) Dispositif d'alimentation d'un élément électrique (DL), comportant, une source de tension (SC) délivrant une tension d'alimentation, un circuit de commutation (3) par lequel la tension d'alimentation est appliquée à l'élément électrique (DL), un dispositif de commande (4) agissant sur le circuit de commutation (3) de manière que la tension d'alimentation soit appliquée à l'élément électrique de façon cyclique, chaque cycle comportant au moins deux phases consécutives dans lesquelles la tension d'alimentation est appliquée avec des polarités (+), (-) inversées, caractérisé en ce que le dispositif de commande (4) est relié au circuit de commutation (3) par l'intermédiaire d'au moins un transformateur (Ta, Tb).

2) Dispositif d'alimentation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la source de tension (SC) est à un potentiel flottant par rapport au dispositif de commande (4).

3) Dispositif d'alimentation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément électrique (DL) est une lampe du type à décharge.

4) Dispositif d'alimentation suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux transformateurs (Ta, Tb) par l'intermédiaire desquels des premiers et des seconds signaux de commande (SC1, SC2) délivrés par le dispositif de commande (4) sont appliqués au circuit de commutation (3).

5) Dispositif d'alimentation suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les transformateurs (Ta, Tb) réalisent une isolation électrique en courant continu, entre le dispositif de commande (4) et le circuit de commutation (3).

6) Dispositif d'alimentation suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de commutation (3) comporte au moins quatre commutateurs (Q1, Q2, Q3, Q4) associés par groupe de deux, chaque groupe de commutateurs (Q1, Q4 et Q2, Q3 > étant commandé à l'aide d'un transformateur (Ta, Tb) différent.

7) Dispositif d'alimentation suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les commutateurs sont des transistors(Ql, Q2, Q3, Q4).

8) Dispositif d'alimentation suivant l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens(T1, T2, T3, T4) pour inhiber la commande des commutateurs de l'un des groupes (Q1, Q4) quand les commutateurs(Q2, Q4) de l'autre groupe sont commandés.

9) Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens pour inhiber comportent au moins quatre transistors (T1, T2, T3, T4) dits d'autorisation associés chacun à un commutateur (Q1 à

Q4), les transistors d'autorisation associés aux commutateurs (Q1, Q4) d'un même groupe étant actionnés par le transformateur (Ta, Tb) servant à commander les commutateurs (Q2, Q3) de l'autre groupe.

10) Dispositif d'alimentation suivant l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des second moyens (C1, C2, C3, C4) pour prolonger l'inhibition des commutateurs (Q1 à Q4), afin de réaliser un retard appelé "temps mort" lors de la mise en conduction de chaque groupe de commutateurs (Q1, Q4 et Q2, Q3).

11) Dispositif d'alimentation suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les commutateurs (Q1 à Q4) sont des transistors dont la grille (G) ou base est commandée par une tension (VC, VC') délivrée par un enroulement secondaire (Sal, Sbl) de l'un des transformateurs (Ta, Tb).

12) Dispositif d'alimentation suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de commande (4) comporte un premier et un second générateurs (10, 15) de signaux délivrant respectivement un premier et un second signal cyclique (CY1, CY2), la fréquence du premier signal cyclique (CY1) correspondant à la fréquence à laquelle se succèdent les inversions de polarités de la tension d'alimentation appliquée à l'élément électrique.

13) Dispositif d'alimentation suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la fréquence du second signal cyclique (CY2) est inférieure à celle du premier signal cyclique (CY1), et en ce que le dispositif de commande (4) comporte au moins un circuit logique (CL1) permettant de produire des premiers signaux de commande (SC1) résultant d'un découpage du premier signal cyclique (CY1) par le second (CY2), les premiers signaux de commande (SCI) étant appliqués à la grille ou base d'un transistor de commande(TC1) afin de provoquer le passage d'un courant dans l'enroulement primaire (Pa) d'un transformateur (Ta).

14) Dispositif d'alimentation suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte un second circuit logique (CL2) permettant de produire des seconds signaux de commande (SC2) résultant d'un découpage du premier signal cyclique (CY1) par le second (CY2), les deux signaux de commande (SC1, SC2) ayant des états logiques ("0","1") inversés l'un par rapport à l'autre, les seconds signaux de commande (SC2) étant appliqués à la grille ou base d'un second transistor de commande (TC2) afin de provoquer le passage d'un courant dans l'enroulement primaire d'un second transformateur (Tb).

15) Dispositif d'alimentation suivant l'une quelconque des revendications 12 ou 13 ou 14, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des troisièmes moyens (C9,

C9') pour initialiser le début du temps mort par rapport aux changements d'état ("Q","1") du premier signal cyclique (CY1).

16) Dispositif d'alimentation suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de tension (SC) est une source de tension continue.