FR2989531A1 - On-board battery charger for charging battery of car, has voltage booster stage including transformer having primary and secondary windings, and switching unit connected in parallel with portion of primary winding - Google Patents
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Abstract
Description
Chargeur de batterie embarqué dans un véhicule automobile L'invention a pour domaine technique les chargeurs de batterie pour véhicule automobile et plus particulièrement les chargeurs de batterie embarqués dans les véhicules automobiles. La réalisation d'un chargeur de batterie embarqué est soumise à des contraintes de coût, de poids, de volume et de rendement. Pour satisfaire à ces contraintes, il est connu de l'homme du métier d'utiliser dans les chargeurs des circuits convertisseurs abaisseur ou élévateur pour fournir une intensité continue à la batterie du véhicule. Des exemples de tels circuits sont décrits dans les documents US2010/165669 et US2009/0290384. Le document US2010/165669 présente un circuit élévateur isolé qui utilise un transformateur, un transistor, une inductance, une diode et une capacité. Le document US2009/0290384 présente un circuit abaisseur isolé qui utilise une capacité de stockage, un pont complet, un transformateur, un étage redresseur à deux tensions de sortie. Cela étant, d'une manière générale, la tension de la batterie varie au cours de la charge, si bien que le chargeur doit pouvoir s'adapter à une gamme de tensions. Ainsi, la tension de la batterie est inférieure à la tension de crête du réseau d'alimentation en début de charge ce qui nécessite que le chargeur de batterie puisse fonctionner en abaisseur de tension. Par contre, en fin de charge, la tension de la batterie est supérieure à la tension de crête du réseau d'alimentation ce qui nécessite que le chargeur de batterie puisse fonctionner également en élévateur de tension. Dans le cas d'un réseau d'alimentation continu, la tension d'alimentation de crête est remplacée par la tension d'alimentation continue. Le raisonnement demeure le même. The invention relates to battery chargers for a motor vehicle and more particularly to battery chargers embedded in motor vehicles. The realization of an on-board battery charger is subject to constraints of cost, weight, volume and efficiency. To meet these constraints, it is known to those skilled in the art to use in the charger step-down or boost converter circuits to provide a continuous intensity to the vehicle battery. Examples of such circuits are described in US2010 / 165669 and US2009 / 0290384. US2010 / 165669 discloses an isolated lift circuit which utilizes a transformer, a transistor, an inductor, a diode and a capacitance. Document US2009 / 0290384 discloses an isolated step-down circuit which uses a storage capacitor, a complete bridge, a transformer, a rectifier stage with two output voltages. However, in general, the battery voltage varies during charging, so the charger must be able to adapt to a range of voltages. Thus, the battery voltage is lower than the peak voltage of the supply network at the start of charging, which requires that the battery charger be able to operate as a step-down. On the other hand, at the end of charging, the voltage of the battery is greater than the peak voltage of the supply network, which requires that the battery charger can also function as a voltage booster. In the case of a continuous supply network, the peak supply voltage is replaced by the DC supply voltage. The reasoning remains the same.
Ainsi, un inconvénient de la topologie du document US2010/165669 est qu'elle n'utilise pas d'étage abaisseur pour limiter un éventuel courant d'appel ou résister aux surtensions sur le réseau d' entrée. Thus, a disadvantage of the topology of document US2010 / 165669 is that it does not use a step-down stage to limit a possible inrush current or withstand overvoltages on the input network.
De même, la topologie du document US2009/0290384 n'utilise pas d'étage élévateur pour augmenter la tension dans le cas où la tension de sortie est supérieure à la tension d'entrée. Un autre inconvénient est la relative complexité de l'enroulement secondaire du transformateur à quatre enroulements. Il apparait dès lors qu'il existe un besoin pour un chargeur de batterie combinant des fonctions d'abaisseur et d'élévateur de tension. Il est décrit dans l'état de la technique des associations des fonctions d'abaisseur et d'élévateur de tension. Cela étant, elles présentent au moins l'un des inconvénients ci-dessous : - elles ne disposent pas d'un transformateur d'isolement entre l'entrée et la sortie du chargeur. Il en résulte alors un risque accru d'apparition de courants de fuite combiné à une difficulté et un coût de compensation de ces courants accrus afin de sécuriser le chargeur; - elles n'ont pas une efficacité énergétique suffisante; ou - elles comportent un grand nombre de composants. Ainsi, par exemple, le document W02007/078158 divulgue un chargeur de batterie comprenant des fonctions d'élévation et d'abaissement de la tension utilisant un transformateur d'isolement. Likewise, the topology of document US2009 / 0290384 does not use a step-up stage to increase the voltage in the case where the output voltage is greater than the input voltage. Another disadvantage is the relative complexity of the secondary winding of the transformer with four windings. It therefore appears that there is a need for a battery charger combining step-down and step-up functions. It is described in the state of the art combinations of the step-down and voltage booster functions. However, they have at least one of the disadvantages below: - they do not have an isolation transformer between the input and the output of the charger. This then results in an increased risk of occurrence of leakage currents combined with a difficulty and a cost of compensation of these increased currents to secure the charger; - they do not have sufficient energy efficiency; or - they have a large number of components. Thus, for example, WO2007 / 078158 discloses a battery charger including voltage raising and lowering functions using an isolation transformer.
Ce chargeur ne permet pas une efficacité énergétique suffisante notamment à cause de l'utilisation du transformateur comme inductance pour stocker de l'énergie. Un but de l'invention est donc de proposer un chargeur de batterie combinant des fonctions d'abaisseur et d'élévateur de tension et qui vise à éviter les problèmes mentionnés ci dessus. L'invention a donc pour objet un chargeur embarqué dans un véhicule automobile pour charger une batterie du véhicule à partir d'un réseau d'alimentation comprenant : - un étage d'entrée destiné à être relié audit réseau d' alimentation ; - un étage abaisseur de tension relié à l'étage d'entrée et comprenant un moyen de stockage d'énergie électrique ; - un étage élévateur de tension ; et - un étage de sortie relié à l'étage élévateur ; Selon une caractéristique générale, l'étage élévateur comprend : - un transformateur muni d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire ; et - un premier moyen de commutation branché en parallèle sur au moins une partie de l'enroulement primaire et comprenant seulement un unique composant de commutation. Ainsi, on obtient une topologie qui permet un bon rendement énergétique, qui comprend un transformateur d'isolement et dont le nombre de composants de commutation de l'étage élévateur est réduit. Selon une caractéristique, l'étage élévateur comprend un deuxième moyen de commutation branché entre une borne primaire de l'enroulement primaire du transformateur et une borne d'entrée de l'étage abaisseur. This charger does not allow sufficient energy efficiency, particularly because of the use of the transformer as an inductor for storing energy. An object of the invention is therefore to provide a battery charger combining step down and voltage booster functions and which aims to avoid the problems mentioned above. The invention therefore relates to an on-board charger in a motor vehicle for charging a vehicle battery from a power supply network comprising: - an input stage intended to be connected to said power supply network; a voltage step-down stage connected to the input stage and comprising means for storing electrical energy; - a voltage booster stage; and an output stage connected to the step-up stage; According to a general characteristic, the step-up stage comprises: a transformer provided with a primary winding and a secondary winding; and a first switching means connected in parallel to at least a portion of the primary winding and comprising only a single switching component. Thus, we obtain a topology that allows a good energy efficiency, which includes an isolation transformer and the number of switching components of the step stage is reduced. According to one characteristic, the step-up stage comprises a second switching means connected between a primary terminal of the primary winding of the transformer and an input terminal of the step-down stage.
Ainsi, il est possible de contrôler la démagnétisation du transformateur. Selon une autre caractéristique, l'étage abaisseur comprend une bobine et un troisième moyen de commutation raccordés en série à une première borne d'entrée de l'étage abaisseur et une diode ayant une anode branchée sur une deuxième borne d'entrée de l'étage abaisseur et une cathode branchée entre ladite bobine et le troisième moyen de commutation. On utilise donc l'inductance de l'étage abaisseur au lieu du transformateur comme inductance pour stocker de l'énergie. Cela permet d'améliorer le rendement énergétique. Selon une caractéristique supplémentaire, l'étage d'entrée comprend un étage de filtrage d'entrée destiné à être relié au réseau d'alimentation et un étage de redressement relié à l'étage abaisseur de tension, ledit étage de redressement comprenant un pont de diode qui comprend deux bras de deux diodes. Ainsi, une partie des parasites en provenance du réseau ne sont pas transmis à la batterie et vice versa. Selon une autre caractéristique supplémentaire, l'étage élévateur comprend un moyen de redressement relié à l'enroulement secondaire du transformateur, ledit moyen de redressement comprenant uniquement deux diodes. Cela permet une réduction supplémentaire du nombre de composants. Thus, it is possible to control the demagnetization of the transformer. According to another characteristic, the step-down stage comprises a coil and a third switching means connected in series with a first input terminal of the step-down stage and a diode having an anode connected to a second input terminal of the step-down stage. step-down stage and a cathode connected between said coil and the third switching means. So the inductance of the step-down stage is used instead of the transformer as the inductance for storing energy. This improves energy efficiency. According to a further characteristic, the input stage comprises an input filtering stage intended to be connected to the supply network and a rectifying stage connected to the voltage step-down stage, said rectifying stage comprising a bridge bridge. diode which comprises two arms of two diodes. Thus, some of the parasites coming from the network are not transmitted to the battery and vice versa. According to another additional feature, the step stage comprises a rectifying means connected to the secondary winding of the transformer, said rectifying means comprising only two diodes. This allows a further reduction in the number of components.
Selon un mode de réalisation, le moyen de redressement de l'étage élévateur comprend : - une première diode dont la cathode est raccordée directement à l'étage de sortie et l'anode est raccordée directement à une première borne secondaire de l'enroulement secondaire du transformateur ; et - une deuxième diode dont la cathode est raccordée directement à l'étage de sortie et l'anode est raccordée directement à une deuxième borne secondaire de l'enroulement secondaire du transformateur. Ainsi, on réalise un moyen de redressement avec seulement deux diodes. Selon une caractéristique de ce mode de réalisation, l'étage élévateur comprend une diode Zener branchée entre une borne primaire de l'enroulement primaire du transformateur et l'étage abaisseur. Ainsi, on peut contrôler la tension aux bornes du transformateur pour assurer sa démagnétisation. Selon un autre mode de réalisation, l'enroulement secondaire du transformateur comprend trois bornes secondaires, une première et une troisième borne secondaires branchées respectivement à chacune des deux extrémités de l'enroulement secondaire et une deuxième borne secondaire branchée à un point milieu de l'enroulement secondaire, et dans lequel le moyen de redressement comprend : - une première diode branchée entre la troisième borne secondaire et l'étage de sortie. - une deuxième diode branchée entre la première borne secondaire et l'étage de sortie. Ainsi, le moyen de redressement est réalisé avec seulement deux diodes pour un transformateur dont l'enroulement secondaire comporte un point milieu. According to one embodiment, the rectifying means of the step-up stage comprises: a first diode whose cathode is directly connected to the output stage and the anode is connected directly to a first secondary terminal of the secondary winding Transformer and a second diode whose cathode is directly connected to the output stage and the anode is connected directly to a second secondary terminal of the secondary winding of the transformer. Thus, a rectifying means is realized with only two diodes. According to one characteristic of this embodiment, the step-up stage comprises a Zener diode connected between a primary terminal of the primary winding of the transformer and the step-down stage. Thus, the voltage across the transformer can be controlled to demagnetize it. According to another embodiment, the secondary winding of the transformer comprises three secondary terminals, a first and a third secondary terminal connected respectively to each of the two ends of the secondary winding and a second secondary terminal connected to a midpoint of the secondary winding, and wherein the rectifying means comprises: - a first diode connected between the third secondary terminal and the output stage. a second diode connected between the first secondary terminal and the output stage. Thus, the rectifying means is made with only two diodes for a transformer whose secondary winding has a midpoint.
Selon une caractéristique de cet autre mode de réalisation, l'enroulement primaire du transformateur a une première borne primaire raccordée à un point milieu de l'enroulement primaire et des deuxième et troisième bornes primaires respectivement raccordées à chacune des deux extrémités de l'enroulement primaire, et dans lequel l'étage élévateur comprend un quatrième moyen de commutation branché en parallèle de l'enroulement primaire. Ainsi, on peut utiliser le transformateur en double alternance. C' est avantageux car pour transformer avec un transformateur fonctionnant en simple alternance la même énergie électromagnétique qu'un transformateur fonctionnant en double alternance il faut prévoir plus de bobinage et un circuit magnétique plus important. Un autre objet de l'invention est un procédé de contrôle d'un chargeur embarqué dans un véhicule automobile pour charger une batterie du véhicule comprenant un étage d'entrée destiné à être relié à un réseau d'alimentation, un étage élévateur muni d'un transformateur ayant un enroulement primaire, d'un premier moyen de commutation branché en parallèle sur au moins une partie de l'enroulement primaire et d'un deuxième moyen de commutation et un étage abaisseur muni d'un moyen de stockage d'énergie électrique et d'un troisième moyen de commutation raccordés en série à une borne d'entrée de l'étage abaisseur dans lequel l'étage abaisseur peut fonctionner suivant deux configurations, une configuration d'abaissement dans laquelle le troisième moyen de commutation est bloqué et une configuration passante dans laquelle le troisième moyen de commutation est passant et l'étage élévateur peut fonctionner suivant deux configurations, une configuration de stockage dans laquelle le deuxième moyen de commutation est passant et le premier moyen de commutation est bloqué et une configuration passante dans laquelle le deuxième moyen de commutation est bloqué et le premier moyen de commutation est passant, ledit procédé comprenant : si la tension crête du réseau est supérieure à la tension de la batterie, un fonctionnement de l'étage abaisseur suivant une configuration passante et une alternance de deux étapes : - une étape de fonctionnement de l'étage élévateur suivant une configuration de stockage ; - une étape de fonctionnement de l'étage élévateur suivant une configuration passante ; si la tension crête du réseau est inférieure à la tension de la batterie, un fonctionnement de l'étage élévateur suivant une configuration passante et une alternance de deux étapes : - une étape de fonctionnement de l'étage abaisseur suivant une configuration d'abaissement ; - une étape de fonctionnement de l'étage abaisseur suivant une configuration passante. Ainsi, on peut contrôler de manière simple le chargeur. Selon une caractéristique, on contrôle les deux configurations de l'étage élévateur de manière que l'intensité traversant le moyen de stockage d'énergie électrique suive une consigne de courant sinusoïdale en phase avec le courant du réseau électrique. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant qu'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un premier mode de réalisation d'un chargeur de batterie selon l'invention; et - la figure 2 illustre un deuxième mode de réalisation du chargeur de l'invention. According to a characteristic of this other embodiment, the primary winding of the transformer has a first primary terminal connected to a midpoint of the primary winding and second and third primary terminals respectively connected to each of the two ends of the primary winding. and wherein the step-up stage comprises a fourth switching means connected in parallel with the primary winding. Thus, one can use the transformer in full alternation. This is advantageous because to transform with a transformer operating in a single alternation the same electromagnetic energy as a transformer operating in full wave you need more winding and a larger magnetic circuit. Another object of the invention is a method of controlling an on-board charger in a motor vehicle for charging a battery of the vehicle comprising an input stage intended to be connected to a supply network, a step-up stage provided with a transformer having a primary winding, a first switching means connected in parallel with at least a portion of the primary winding and a second switching means and a step-down stage provided with an electrical energy storage means and a third switching means connected in series to an input terminal of the step-down stage in which the step-down stage can operate in two configurations, a lowering configuration in which the third switching means is blocked, and a pass-through configuration in which the third switching means is on and the step up can operate in two configurations, a storage configuration wherein the second switching means is on and the first switching means is off and a passing configuration in which the second switching means is off and the first switching means is on, said method comprising: if the peak voltage of the network is greater than the voltage of the battery, an operation of the step-down stage according to a passing configuration and an alternation of two steps: a step of operating the step-up stage according to a storage configuration; a step of operating the step-up stage according to a passing configuration; if the peak voltage of the network is lower than the voltage of the battery, an operation of the stage elevator in a passing configuration and an alternation of two steps: - a step of operation of the step-down stage in a lowering configuration; a step of operating the step-down stage according to a passing configuration. Thus, the charger can be controlled in a simple manner. According to one characteristic, the two configurations of the step-up stage are controlled so that the intensity crossing the electrical energy storage means follows a sinusoidal current setpoint in phase with the current of the electrical network. Other objects, features and advantages will appear on reading the following description given solely as a non-limitative example and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 illustrates a first embodiment of a charger for battery according to the invention; and - Figure 2 illustrates a second embodiment of the charger of the invention.
Sur la figure 1, on peut voir un chargeur de batterie destiné à être embarqué dans un véhicule. Ce chargeur est relié en entrée à un réseau d'alimentation électrique RES, par exemple un réseau alternatif monophasé, et en sortie à une batterie BAT du véhicule. Le chargeur délivre donc au cours de la charge de la batterie BAT, un courant continu à partir d'une tension alternative. Le chargeur de batterie comprend : - un étage d'entrée ETE relié au réseau d'alimentation RES; - un étage abaisseur de tension AB relié par ses deux bornes d'entrée BE1 et BE2 à l'étage d'entrée ETE; - un étage de sortie ETS relié à la batterie BAT; et - un étage élévateur de tension EL1 relié d'une part à l'étage de sortie ETS par ses deux bornes de sortie BS1 et BS2 et d'autre part à l'étage abaisseur AB. In Figure 1, we can see a battery charger to be embedded in a vehicle. This charger is connected as input to a power supply network RES, for example a single-phase alternating network, and output to a battery BAT of the vehicle. The charger thus delivers during the charging of the battery BAT, a direct current from an AC voltage. The battery charger comprises: - an input stage ETE connected to the supply network RES; a voltage step-down stage AB connected by its two input terminals BE1 and BE2 to the input stage ETE; an ETS output stage connected to the BAT battery; and a voltage booster stage EL1 connected on the one hand to the output stage ETS by its two output terminals BS1 and BS2 and on the other hand to the step-down stage AB.
L'étage d'entrée ETE comprend une capacité C 1 , un transformateur TX2, un étage de filtrage ETF et un étage redresseur RED. L'étage de filtrage ETF comprend une capacité C2 et une bobine L2. L'étage redresseur RED comprend un pont de diode qui comprend deux bras de deux diodes Dl, D2, D4, D3. L'étage ETE permet principalement de filtrer et de redresser la tension du réseau RES. L'étage abaisseur AB comprend une bobine Ll, un moyen de commutation Q3 ayant une première borne BQ31 reliée à la première borne d'entrée BE1 et une deuxième borne BQ32 reliée à la bobine Ll et une diode D5 ayant une anode branchée sur la deuxième borne d'entrée BE2 et une cathode branchée sur la deuxième borne du troisième moyen de commutation BQ32. L'étage abaisseur AB permet notamment d'abaisser la tension Ve en provenance du réseau. En effet, comme cela a été mentionné ci avant la tension de la batterie varie au cours de la charge. Ainsi, au début de la charge, la tension de la batterie BAT, VBAT est de 240 V puis elle augmente au fur et à mesure de la charge pour atteindre 410 volts. Il apparait donc qu'en début de charge la tension crête du réseau égale à 325 volt (325 volt pour un réseau 230 volt) est supérieure à la tension VBAT. The input stage ETE comprises a capacitor C 1, a transformer TX2, an ETF filter stage and a rectifier stage RED. The ETF filter stage comprises a capacitor C2 and a coil L2. The rectifier stage RED comprises a diode bridge which comprises two arms of two diodes D1, D2, D4, D3. The stage ETE mainly allows to filter and straighten the voltage of the network RES. The step-down stage AB comprises a coil L1, a switching means Q3 having a first terminal BQ31 connected to the first input terminal BE1 and a second terminal BQ32 connected to the coil L1 and a diode D5 having an anode connected to the second input terminal BE2 and a cathode connected to the second terminal of the third switching means BQ32. The lowering stage AB makes it possible in particular to lower the voltage Ve coming from the network. Indeed, as has been mentioned before the battery voltage varies during charging. Thus, at the beginning of the charge, the battery voltage BAT, VBAT is 240 V and then increases as the load reaches 410 volts. It therefore appears that at the start of charging the peak network voltage equal to 325 volts (325 volts for a 230 volt network) is greater than the voltage VBAT.
Pour permettre l'abaissement de la tension en provenance du réseau, on fait fonctionner l'étage AB selon deux configurations qui sont décrites ci après : - une configuration passante, selon laquelle on ferme le moyen de commutation Q3 (Q3 est passant) et le courant traversant la bobine Ll augmente linéairement ; et - une configuration d'abaissement selon laquelle on ouvre le moyen de commutation Q3 (Q3 est bloqué) et le courant traversant la bobine décroit. L'étage élévateur EL1 comprend : - un transformateur TX1 muni d'un enroulement primaire PR et d'un enroulement secondaire SE. L'enroulement primaire PR a deux bornes primaires BP1, BP2. Chacune des deux bornes BP1 et BP2 est branchée respectivement à une extrémité de l'enroulement primaire PR. L'enroulement secondaire SE a deux bornes secondaires BSE1, BSE2. Chacune des deux bornes BSE1 et BSE2 est branchée respectivement à une extrémité de l'enroulement secondaire SE; - un premier moyen de commutation Q1 branché en parallèle de l'enroulement primaire PR ayant une première borne de commutation BQ11 branchée directement sur la première borne primaire BP1 et une deuxième borne de commutation BQ12 branchée directement sur la deuxième borne d'entrée BE2; - un deuxième moyen de commutation Q2 branché entre la deuxième borne primaire BP2 et la deuxième borne d'entrée BE2; - une diode Zener DZ branchée en parallèle du deuxième moyen de commutation Q2, entre la deuxième borne primaire BP2 et la deuxième borne d'entrée BE2. La diode Zener DZ utilisée en inverse permet de contrôler la tension aux bornes du transformateur. Ainsi on peut rendre nulle la tension moyenne aux bornes du transformateur TX1 pour assurer sa démagnétisation; et - un moyen de redressement DED. L'étage EL1 est un montage électrique « Forward » selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier. Avantageusement, le premier moyen de commutation Q1 comprend seulement un unique composant de commutation. Le moyen de redressement DED comprend : - une première diode D6 dont la cathode est branchée directement sur la première borne de sortie BS1 et l'anode est branchée directement sur la première borne secondaire BSE1; et - une deuxième diode D7 dont la cathode est branchée directement sur la première borne de sortie BS1 et l'anode est branchée directement sur la deuxième borne secondaire BSE2. L'étage élévateur EL1 permet notamment d'élever la tension en provenance du réseau. En effet, comme cela a été mentionné ci avant la tension de la batterie en fin de charge peut atteindre une valeur de 410 volts supérieure à la tension du réseau RES. Il apparait donc qu'au cours de la charge, la tension du réseau est inférieure à la tension VBAT. To allow the lowering of the voltage coming from the network, the stage AB is operated according to two configurations which are described below: a passing configuration, according to which the switching means Q3 (Q3 is on) is closed and the current flowing through the coil L1 increases linearly; and - a lowering configuration in which the switching means Q3 (Q3 is off) is opened and the current flowing through the coil decreases. The stage elevator EL1 comprises: a transformer TX1 provided with a primary winding PR and a secondary winding SE. The primary winding PR has two primary terminals BP1, BP2. Each of the two terminals BP1 and BP2 is connected respectively to one end of the primary winding PR. The secondary winding SE has two secondary terminals BSE1, BSE2. Each of the two terminals BSE1 and BSE2 is respectively connected to one end of the secondary winding SE; a first switching means Q1 connected in parallel with the primary winding PR having a first switching terminal BQ11 connected directly to the first primary terminal BP1 and a second switching terminal BQ12 connected directly to the second input terminal BE2; a second switching means Q2 connected between the second primary terminal BP2 and the second input terminal BE2; a Zener diode DZ connected in parallel with the second switching means Q2, between the second primary terminal BP2 and the second input terminal BE2. The Zener diode DZ used in reverse allows to control the voltage across the transformer. Thus we can nullify the average voltage across the transformer TX1 to ensure its demagnetization; and - DED rectification means. Stage EL1 is a "Forward" electrical assembly according to an Anglo-Saxon term well known to those skilled in the art. Advantageously, the first switching means Q1 comprises only a single switching component. The rectifying means DED comprises: a first diode D6 whose cathode is directly connected to the first output terminal BS1 and the anode is connected directly to the first secondary terminal BSE1; and a second diode D7 whose cathode is directly connected to the first output terminal BS1 and the anode is connected directly to the second secondary terminal BSE2. The elevator stage EL1 makes it possible in particular to raise the voltage coming from the network. Indeed, as mentioned above, the voltage of the battery at the end of charging can reach a value of 410 volts higher than the voltage of the network RES. It therefore appears that during charging, the mains voltage is lower than the voltage VBAT.
Pour permettre l'élévation de la tension en provenance du réseau Ve, on fait fonctionner l'étage EL1 selon deux configurations qui sont décrites ci après. Selon une configuration passante, on ouvre le moyen de commutation Q1 (Q1 est bloqué) et on ferme le moyen de commutation Q2 (Q2 est passant). Ainsi, l'énergie du réseau additionnée à celle contenue dans la bobine Ll est transmise à la batterie BAT. Selon une autre configuration de stockage, on ferme le moyen de commutation Q1 (Q1 est passant) et on ouvre le moyen de commutation Q2 (Q2 est bloqué). Ainsi, on stocke l'énergie dans la bobine Ll et on démagnétise le transformateur TX1. Il est également prévu en alternant les deux configurations de l'étage élévateur EL1 de réaliser une correction de facteur de puissance active (active power factor correction selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier). Pour cela, le courant de la bobine Ll est comparé avec une consigne sinusoïdale en phase avec le courant du réseau RES et une des deux configurations mentionnées ci-dessus est alors appliquée en fonction de cette comparaison. Plus précisément, si le courant de bobine L1 est supérieur à la consigne alors il faut décharger la bobine Ll en faisant fonctionner l'étage EL1 suivant la configuration passante. Si, au contraire le courant de bobine Ll est inférieur à la consigne alors il faut charger la bobine en faisant fonctionner l'étage EL1 suivant la configuration de stockage. Ainsi, on utilise un montage « Forward » pour réaliser un étage élévateur. C'est ce même étage élévateur qui est également utilisé pour faire une correction de facteur de puissance active. L'étage de sortie ETS comprend une capacité C3 et une bobine L3. L'étage de sortie ETS permet notamment un filtrage du courant de charge de la batterie BAT délivré par le chargeur. To allow the voltage to be raised from the network Ve, the stage EL1 is operated in two configurations which are described below. According to a passing configuration, the switching means Q1 (Q1 is off) are opened and the switching means Q2 (Q2 is on) are closed. Thus, the energy of the network added to that contained in the coil L1 is transmitted to the battery BAT. According to another storage configuration, the switching means Q1 (Q1 is on) are closed and the switching means Q2 are opened (Q2 is blocked). Thus, the energy is stored in the coil L1 and the transformer TX1 is demagnetized. It is also provided by alternating the two configurations of the stage elevator EL1 to achieve an active power factor correction (active power factor correction according to an Anglo-Saxon term well known to those skilled in the art). For this, the current of the coil L1 is compared with a sinusoidal reference in phase with the current of the network RES and one of the two configurations mentioned above is then applied according to this comparison. More precisely, if the coil current L1 is greater than the setpoint then it is necessary to discharge the coil L1 by operating the stage EL1 according to the passing configuration. If, on the other hand, the coil current Ll is lower than the setpoint then the coil must be loaded by operating the stage EL1 according to the storage configuration. Thus, a "Forward" assembly is used to make an elevator stage. It is this same elevator stage which is also used to make an active power factor correction. The ETS output stage comprises a capacitor C3 and a coil L3. The ETS output stage makes it possible in particular to filter the charging current of the battery BAT delivered by the charger.
Sur la figure 2, on peut voir un autre chargeur de batterie relié en entrée à un réseau d'alimentation électrique RES et en sortie à une batterie BAT. Le chargeur de batterie de la figure 2 diffère de celui de la figure 1 de part la présence d'un étage élévateur EL2 qui est différent de l'étage EL1 du chargeur de la figure 1. L'étage EL2 de la figure 2 comprend : - un transformateur TX1 muni d'un enroulement primaire PR et d'un enroulement secondaire SE. L'enroulement primaire PR a trois bornes primaires BP1, BP2 et BP3. Chacune des deux bornes BP2 et BP3 est branchée respectivement à une extrémité de l'enroulement primaire PR. La borne BP1 est branchée à un point milieu de l'enroulement primaire. L'enroulement secondaire SE a trois bornes secondaires BSE1, BSE2 et BSE3. Chacune des deux bornes BSE1 et BSE3 est branchée respectivement à chacune des extrémités de l'enroulement secondaire SE. La borne BSE2 est branchée à un point milieu de l'enroulement secondaire SE. - un premier moyen de commutation Q1 branché en parallèle d'une partie de l'enroulement primaire PR ayant une première borne de commutation BQ11 branchée directement sur la première borne primaire BP1 et une deuxième borne de commutation BQ12 branchée directement sur la deuxième borne d'entrée BE2; - un deuxième moyen de commutation Q2 branché entre la deuxième borne primaire BP2 et la deuxième borne d'entrée BE2; - un quatrième moyen de commutation Q4 branché en parallèle de l'ensemble de l'enroulement primaire PR ayant une première borne de commutation BQ41 branchée sur la troisième borne primaire BP3 et une deuxième borne de commutation BQ42 branchée sur la deuxième borne d'entrée BE2; et - un moyen de redressement DED. L'étage EL2 est un montage électrique « Push-Pull » selon un terme anglo-saxon bien connu de l'homme du métier. Avantageusement, le premier moyen de commutation Q1 comprend seulement un unique composant de commutation. In Figure 2, we can see another battery charger connected to a RES power supply network and output to a battery BAT. The battery charger of FIG. 2 differs from that of FIG. 1 because of the presence of an elevator stage EL2 which is different from the stage EL1 of the charger of FIG. 1. Stage EL2 of FIG. 2 comprises: a transformer TX1 provided with a primary winding PR and a secondary winding SE. The primary winding PR has three primary terminals BP1, BP2 and BP3. Each of the two terminals BP2 and BP3 is respectively connected to one end of the primary winding PR. Terminal BP1 is connected to a midpoint of the primary winding. The secondary winding SE has three secondary terminals BSE1, BSE2 and BSE3. Each of the two terminals BSE1 and BSE3 is respectively connected to each end of the secondary winding SE. The terminal BSE2 is connected to a midpoint of the secondary winding SE. a first switching means Q1 connected in parallel with a part of the primary winding PR having a first switching terminal BQ11 connected directly to the first primary terminal BP1 and a second switching terminal BQ12 connected directly to the second terminal of BE2 entry; a second switching means Q2 connected between the second primary terminal BP2 and the second input terminal BE2; a fourth switching means Q4 connected in parallel with the whole of the primary winding PR having a first switching terminal BQ41 connected to the third primary terminal BP3 and a second switching terminal BQ42 connected to the second input terminal BE2 ; and - DED rectification means. Stage EL2 is an electrical assembly "Push-Pull" according to an Anglo-Saxon term well known to those skilled in the art. Advantageously, the first switching means Q1 comprises only a single switching component.
Le moyen de redressement DED comprend : - une première diode D6 dont l'anode est branchée directement sur la troisième borne secondaire BSE3 et la cathode est branchée directement sur la première borne de sortie B Sl. - une deuxième diode D7 dont l'anode est branchée directement sur la première borne secondaire BSE1 et la cathode est branchée directement sur la première borne de sortie B Sl. Tout comme l'étage EL1, l'étage élévateur EL2 permet d'élever la tension en provenance du réseau et d'assurer une correction de facteur de puissance active. Pour cela, on fait fonctionner l'étage EL2 selon les deux configurations suivantes. On peut faire fonctionner l'étage selon une configuration passante, dans laquelle on ouvre le moyen de commutation Q1 (Q1 est bloqué) et on alterne le fonctionnement des moyens de commutation Q2 et Q4. C'est-à-dire dans la configuration passante, on alterne deux situations, une situation suivant laquelle on ouvre les moyens de commutation Q1 et Q2 (Q1 et Q2 sont bloqués) et on ferme le moyen de commutation Q4 (Q4 est passant) et une deuxième situation suivant laquelle on ouvre les moyens de commutation Q1 et Q4 (Q1 et Q4 sont bloqués) et on ferme le moyen de commutation Q2 (Q2 est passant). Ainsi, l'énergie du réseau plus celle contenue dans la bobine Ll est transmise à la batterie BAT. Selon une configuration de stockage, on ferme le moyen de commutation Q1 (Q1 est passant) et on ouvre les moyens de commutation Q2 et Q4 (Q2 et Q4 sont bloqués). Ainsi, on stocke l'énergie dans la bobine Ll. Ainsi, dans l'étage élévateur EL2 le transformateur TX1 fonctionne en double alternance, ce qui avantageux car pour transformer avec un transformateur fonctionnant en simple alternance la même énergie électromagnétique qu'un transformateur fonctionnant en double alternance, il faut prévoir plus de bobinage et un circuit magnétique plus important. D'autre part, en fonctionnement double alternance, la démagnétisation du transformateur TX1 n'est plus nécessaire. The rectifying means DED comprises: a first diode D6 whose anode is connected directly to the third secondary terminal BSE3 and the cathode is connected directly to the first output terminal B Sl. a second diode D7 whose anode is directly connected to the first secondary terminal BSE1 and the cathode is connected directly to the first output terminal B Sl. Just like stage EL1, stage elevator EL2 makes it possible to raise the voltage coming from the network and to ensure an active power factor correction. For this, the EL2 stage is operated according to the following two configurations. The stage can be operated in a passing configuration, in which the switching means Q1 (Q1 is off) is opened and the operation of the switching means Q2 and Q4 is alternated. That is to say in the pass-through configuration, two situations are alternated, a situation in which the switching means Q1 and Q2 are opened (Q1 and Q2 are blocked) and the switching means Q4 (Q4 is on) are closed. and a second situation in which the switching means Q1 and Q4 (Q1 and Q4 are off) are opened and the switching means Q2 (Q2 is on) is closed. Thus, the energy of the network plus that contained in the coil L1 is transmitted to the battery BAT. According to a storage configuration, the switching means Q1 (Q1 is on) are closed and the switching means Q2 and Q4 are opened (Q2 and Q4 are blocked). Thus, the energy is stored in the coil L1. Thus, in the step-up stage EL2, the transformer TX1 operates in double alternation, which is advantageous because to transform with a transformer operating in a single alternation the same electromagnetic energy as a transformer operating in full wave, it is necessary to provide more winding and a Magnetic circuit more important. On the other hand, in full-wave operation, the demagnetization of the transformer TX1 is no longer necessary.
Il est également possible en alternant les deux configurations de l'étage EL2 de réaliser une correction de facteur de puissance active. Pour cela, tout comme dans l'étage EL1, le courant de la bobine Ll est comparé, avec une consigne sinusoïdale en phase, avec le courant du réseau RES et l'on applique l'une des deux configurations en fonction de la comparaison. Si le courant de bobine est supérieur à la consigne, alors il faut décharger la bobine en faisant fonctionner l'étage EL2 suivant la configuration passante. Si, au contraire, le courant de bobine est inférieur à la consigne, alors il faut charger la bobine en faisant fonctionner l'étage EL2 suivant la configuration de stockage. Ainsi, on utilise un montage « Push-Pull » pour réaliser un étage élévateur. C'est ce même étage élévateur qui est également utilisé pour faire une correction de facteur de puissance active. It is also possible by alternating the two configurations of the stage EL2 to perform an active power factor correction. For this, just as in the EL1 stage, the current of the coil L1 is compared, with a sinusoidal reference in phase, with the current of the network RES and one of the two configurations is applied as a function of the comparison. If the coil current is higher than the setpoint, then the coil must be discharged by operating the EL2 stage according to the passing configuration. If, on the other hand, the coil current is lower than the setpoint, then the coil must be loaded by operating the EL2 stage according to the storage configuration. Thus, a "push-pull" assembly is used to make a step-up stage. It is this same elevator stage which is also used to make an active power factor correction.
On peut considérer pour le contrôle des étages AB, EL1 ou EL2 décrits précédemment deux modes de mise en oeuvre. Selon un premier mode de mise en oeuvre, on prévoit que lorsque la tension du réseau est supérieure à celle de la batterie, alors on contrôle les moyens de commutation tels que : l'étage EL1 ou EL2 fonctionne suivant seulement la configuration passante et les configurations passante et d'abaissement de l'étage AB sont alternées. Ainsi, en faisant fonctionner l'étage AB suivant la configuration passante pendant une durée (a1).T et suivant la configuration d'abaissement pendant une durée (1-a1).T, avec T la valeur d'une période, on peut abaisser la tension transmise à la batterie BAT en ajustant le facteur al selon la formule : Vsn/Ve = al, dans laquelle Vsn est le résultat de la division de la tension Vs entre les bornes BS1 et BS2 par le rapport de transformation du transformateur TX1 et Ve la tension entre les bornes BE1 et BE2. A titre d'exemple de réalisation, l'alternance des deux configurations mentionnées ci-dessus peut être réalisée avec un signal de contrôle en modulation de largeur d'impulsion ayant un rapport cyclique al. For the control of stages AB, EL1 or EL2 previously described, two modes of implementation can be considered. According to a first embodiment, it is expected that when the network voltage is greater than that of the battery, then the switching means such as: the stage EL1 or EL2 operates according to only the passing configuration and the configurations passing and lowering of the floor AB are alternated. Thus, by operating the stage AB according to the passing configuration for a duration (a1) .T and following the lowering configuration for a period (1-a1) .T, with T the value of a period, one can lowering the voltage transmitted to the battery BAT by adjusting the factor al according to the formula: Vsn / Ve = al, in which Vsn is the result of the division of the voltage Vs between the terminals BS1 and BS2 by the transformation ratio of the transformer TX1 and Ve the voltage between the terminals BE1 and BE2. As an exemplary embodiment, the alternation of the two configurations mentioned above can be carried out with a control signal in pulse width modulation having a duty cycle al.
Selon le premier mode de mise en oeuvre, on prévoit également que lorsque la tension de la batterie est supérieure à celle du réseau alors on contrôle les moyens de commutation tels que : les configurations passante et de stockage de l'étage EL1 ou EL2 sont alternées et que l'étage AB fonctionne suivant la configuration passante. Ainsi, en faisant fonctionner l'étage EL1 ou EL2 suivant la configuration passante pendant une durée (a2).T et suivant la configuration de stockage pendant une durée (1-a2).T, avec T la valeur d'une période, on peut élever la tension transmise à la batterie BAT en ajustant le facteur a2 selon la formule : 1-Ve/Vsn = a2 , dans laquelle Vsn est le résultat de la division de la tension Vs entre les bornes BS1 et BS2 par le rapport de transformation du transformateur TX1 et Ve la tension entre les bornes BE1 et BE2. A titre d'exemple de réalisation, l'alternance des deux configurations mentionnées ci-dessus peut être réalisée avec un signal de contrôle en modulation de largeur d'impulsion ayant un rapport cyclique a2. According to the first embodiment, it is also provided that when the voltage of the battery is greater than that of the network then the switching means are controlled such that: the passing and storage configurations of the stage EL1 or EL2 are alternated and that the AB stage operates according to the passing configuration. Thus, by operating the stage EL1 or EL2 according to the passing configuration for a duration (a2) .T and according to the storage configuration for a period (1-a2) .T, with T the value of a period, one can raise the voltage transmitted to the battery BAT by adjusting the factor a2 according to the formula: 1-Ve / Vsn = a2, in which Vsn is the result of the division of the voltage Vs between the terminals BS1 and BS2 by the transformation ratio transformer TX1 and Ve the voltage between terminals BE1 and BE2. As an exemplary embodiment, the alternation of the two configurations mentioned above can be performed with a pulse width modulation control signal having a duty cycle a2.
Selon un autre mode de mise en oeuvre, on peut également prévoir que les configurations passante et d'abaissement de l'étage AB et les configurations passante et de stockage de l'étage EL1 ou EL2 sont toutes alternées. According to another embodiment, it can also be provided that the passing and lowering configurations of the stage AB and the passing and storage configurations of the stage EL1 or EL2 are all alternating.
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