Circuit stabilisateur de tension La présente invention a pour objet un circuit stabilisateur de tension.
Dans les circuits stabilisateurs de tension utilisés jusqu'à maintenant, l'élément de commande monté en série doit pouvoir laisser passer un courant élevé, la chute de tension dans l'élément étant élevée. Il en résulte que l'élément de commande doit avoir une puissance relativement élevée et que la source four nissant la tension à stabiliser doit produire une ten sion plus élevée que celle qui doit être délivrée à la sortie. Un des buts de l'invention est l'obtention d'un circuit stabilisateur dans lequel ces inconvénients sont réduits.
Le circuit stabilisateur faisant l'objet de l'inven tion est caractérisé en ce qu'il comprend des bornes d'entrée destinées à être connectées à une source de tension et des bornes de sortie destinées à être con nectées à une charge, un dispositif interrupteur élec tronique et un élément faisant au moins fonction de filtre connectés en série entre les bornes d'entrée et de sortie, un condensateur agencé pour se charger à travers le dispositif interrupteur à partir de la source de tension connectée aux bornes d'entrée, la tension apparaissant aux bornes du condensateur étant appli qué .à travers ledit élément aux bornes de sortie, une source de tension de référence,
des moyens de comparaison alimentés par la tension aux bornes du condensateur et par la tension de référence, des moyens de commande du dispositif interrupteur en réponse aux moyens de comparaison de tensions et fonctionnant de façon à fermer le dispositif interrup teur et à permettre ainsi la charge du condensateur quand la tension aux bornes de ce dernier tombe à une première valeur déterminée et à ouvrir le dis positif interrupteur quand cette tension s'élève à une seconde valeur déterminée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes d'exécution de l'objet de l'inven tion La fig. 1 est un circuit simplifié servant à ex pliquer les principes selon lesquels fonctionnent les dites formes d'exécution, la fig. 2 représente un schéma de détail d'un cir cuit stabilisateur ne comprenant que des éléments semi-conducteurs.
et constituant une première des- dites formes d'exécution, la fig. 3 représente une seconde forme d'exécu tion et la fig. 4 représente une variante du circuit selon la fig. 3.
A la fig. 1, on supposera d'abord que les élé ments enfermés dans le grand rectangle en traits mixtes ne sont pas montés, c'est-à-dire que la résis tance RL, qui représente la charge alimentée par le circuit stabilisateur, est connectée directement en parallèle avec le condensateur C. Le rectangle EIN représente le circuit redresseur usuel qui est alimenté par une source de tension alternative et qui fournit la tension continue qui doit être stabilisée.
Cette ten sion est appliquée à la charge par une résistance li- miteuse RLIm et un interrupteur SW. La capacité C a une valeur relativement élevée. La résistance Riim permet d'éviter qu'un courant excessif ne passe dans le circuit comprenant SW.
Au début, l'interrupteur SW est fermé de sorte que le courant en provenance du redresseur passe par RrIm et SW pour alimenter la charge RL et pour charger le condensateur C. Le dispositif de com mande de l'interrupteur (non représenté à la fig. 1) est agencé de façon que lorsque la tension aux bornes du condensateur C dépasse la valeur voulue E d'une quantité déterminée (81E) l'interrupteur soit ouvert.
Par conséquent, la charge est alors alimentée uniquement par la capacité C, laquelle commence à se décharger à travers la charge RL . Lorsque la décharge du condensateur C s'est pro longée suffisamment longtemps pour que la tension aux bornes du condensateur C prenne une valeur in férieure à la valeur E d'une quantité déterminée (82E) l'interrupteur est fermé. La capacité C se re charge tandis que la charge est alimentée à partir de la source d'alimention. Il y a lieu de remarquer que 81E et 8.E peuvent être égales.
On voit par conséquent que la tension aux bornes de la capacité C varie entre une valeur (E -i- 8E) et une valeur (E-8E), où E représente la tension qui doit être appliquée à la charge et où les deux quan tités déterminées 81E et 8.E sont égales.
En consé quence, la tension aux bornes du condensateur C est constituée par une tension continue de valeur E à la quelle est superposée une ondulation dont l'ampli tude de pointe est égale à 28E, ceci indépendamment des changements pouvant intervenir dans la tension fournie par le redresseur et dans les caractéristiques de la charge.
L'amplitude de l'ondulation peut être maintenue aussi basse qu'on le veut, la fréquence avec laquelle l'interrupteur est actionné étant d'autant plus élevée que 8E est petite. En utilisant des transistors à jonc tion, l'amplitude de pointe peut être maintenue in férieure à un volt. En conséquence, il suffit d'inter poser entre la capacité C et la charge RL un stabili sateur de tension simple capable d'éliminer l'ondula tion relativement faible mentionnée ci-dessus. Ce stabilisateur est représenté dans le rectangle en traits mixtes.
Il comprend un potentiomètre Rl fournis sant une tension proportionnelle à celle appliquée à la charge et destinée à être comparée par un com- parateur CA avec une tension de référence fournie par une source RVS. Le signal d'erreur fourni par le comparateur CA, qui dépend de la différence entre la tension que l'on désire avoir aux bornes de la charge et celle qui y est réellement appliquée, coin- mande la résistance de .l'élément de commande SCE monté en série. Le circuit représenté dans le grand rectangle en traits mixtes est bien connu.
Il y a lieu de remarquer que ni l'interrupteur SW ni l'élément de commande SCE ne sont soumis à une différence de potentiel élevée lorsqu'ils sont traversés par un courant et bien qu'ils soient l'un et l'autre traversés par tout le courant fourni à la charge, la puissance qu'ils doivent dissiper est relativement faible.
On va maintenant décrire en détail le circuit re présenté à la fi.. 2. La résistance R9 est une résis tance limiteuse et correspond à la résistance RLE1 de la fig. 1 ; un transistor T1 correspond à l'inter rupteur SW de la fig. 1 et un condensateur Cl cor respond au condensateur C de cette fig. 1. Le dispo sitif de commande de l'interrupteur comprend un transistor T2 monté en collecteur à la masse , un circuit basculeur de Schmitt comportant les transis tors T3-T4 et un autre transistor, T5, monté en collecteur à la masse.
Le rectangle en traits mixtes renferme un stabilisateur de tension série à tran sistors.
Lorsque le transistor d'interruption Tl est con ducteur, le courant circule de la sortie du redresseur à travers la résistance R., et à travers le circuit col lecteur-émetteur du transistor T1 vers le condensa teur Cl qui est ainsi chargé à travers ce circuit. Le courant est aussi appliqué à une charge RL à travers le stabilisateur série représenté dans le rec tangle. Un potentiomètre R3-4-5 est connecté en parallèle avec le condensateur Cl et la base du tran sistor T2 est alimentée à partir d'une prise médiane de ce potentiomètre. Ainsi cette base reçoit une ten sion proportionnelle à celle apparaissant aux bornes du condensateur C1.
La tension appliquée à l'émet teur du transistor T2 provient du point de jonction entre une diode de Zener Zl et une résistance, la diode de Zener fixant cette tension à la valeur vou lue. Dans la présente forme d'exécution, où la ten sion de sortie doit être de 20 volts, ZI fixe la ten sion de l'émetteur de T2 (et également de T3 et T4) à 10 volts.
Il en résulte que la tension appliquée à l'émetteur de T2, qui est aussi appliquée à la base de T3, est proportionnelle à la différence entre la tension ré elle aux bornes du condensateur Cl et celle qui devrait toujours exister. Lorsque cette tension dé passe la tension voulue E d'une quantité prédéter minée 8E, la tension à la base de T3 est suffisam ment positive pour rendre non-conducteur le transi stor T3 lequel à son tour rend le transistor T4 con ducteur. Ainsi la tension du collecteur de T4 devient positive ainsi que la tension de la base de T5 et par conséquent celle de son émetteur. Cette tension po sitive est appliquée à la base du transistor d'interrup tion (constituant l'interrupteur) qui devient non-con ducteur.
La charge est maintenant alimentée par le con densateur Cl et, puisque ce dernier se décharge, la tension à ses bornes diminue. Par conséquent, la ten sion appliquée à la base de T2 ainsi que celle appli quée à l'émetteur de T2 diminuent. Lorsque la ten sion aux bornes du condensateur C1 est descendue d'une quantité déterminée au-dessous de la valeur voulue, la tension appliquée à la base de T3 est suf fisamment basse pour rendre T3 conducteur. Il en résulte que le circuit basculeur de Schmitt change d'état de sorte que c'est maintenant T3 qui est con ducteur et T4 qui est non-conducteur. Le change ment de tension au collecteur de T4 rend à nouveau le transistor T1 conducteur par le transistor T5 dont la sortie se fait par l'émetteur.
Ces opérations se poursuivent ainsi au rythme des fluctuations de la tension appliquée aux bornes de la charge.
Les tensions d'alimentation des collecteurs de T4 et T5 sont dérivées de tensions plus négatives que les tensions d'alimentation pour T2 et T3. Ceci est dû au fait que Tl doit laisser passer le courant de T. plus celui de T3 plus en outre le courant de charge élevé du condensateur C1 et pour pouvoir maintenir T1 conducteur dans ces conditions lorsque l'interrup teur qu'il forme est fermé, il est nécessaire de faire passer dans celui-ci un courant de base élevé.
La tension spéciale d'alimentation des collecteurs des transistors T4 et T5, qui est de -10 volts dans la forme d'exécution représentée, est prélevée d'un enroulement indépendant du transformateur d'entrée, par l'intermédiaire d'un pont redresseur. Un conden sateur C2 constitue la capacité tampon usuelle tandis que R7 et R8 constituent deux résistances at- ténuatrices. Ces tensions sont maintenues à -10 volts par les diodes de Zener 22 et 23.
Le stabilisateur série représenté dans le rectangle en traits mixtes comprend le potentiomètre usuel R10-11-12 duquel est prélevée une tension propor tionnelle à celle appliquée à la charge, la tension ainsi prélevée étant appliquée à la base de l'un de deux transistors T6-T7. Ce montage fonctionne comme comparateur, la tension de référence étant constituée par la tension au point de jonction entre la diode de Zener Z4 et la résistance R13. La diode Z4 fixe la tension de référence à la tension de réfé rence à la valeur voulue. Le signal d'erreur est am plifié par un transistor T8 dont la sortie se fait par l'émetteur et dont le signal de sortie commande l'im pédance entre le collecteur et l'émetteur d'un tran sistor de réglage T9.
Les tensions d'alimentation des collecteurs des transistors T7 et T8 sont prélevées d'une source stabilisée par la diode de Zener 25. Toute augmentation de la tension appliquée à la charge entraînera une augmentation de l'impédance de T9 tandis qu'une diminution de la tension appli quée à la charge produira l'effet contraire.
Lorsque le circuit est mis en action ou après qu'un transistor ou un autre élément a été rem placé, le circuit est réglé de façon que la tension vou lue soit appliquée à la charge. Ceci s'effectue en ré glant les résistances variables R4 et R11, R4 étant réglée de façon que la tension minimum appliquée au condensateur C1 (c'est-à-dire la plus petite valeur atteinte par cette tension avant que Tl devienne con ducteur) soit supérieure à la tension de sortie voulue. Rll est ensuite réglée de façon que la tension de sortie prenne exactement la valeur voulue.
En utilisant, en amont du stabilisateur série, un interrupteur commandé comme décrit plus haut, les fluctuations de tension maxima que le stabilisateur doit compenser sont maintenues à un niveau bas. Il en résulte que la puissance dissipée est faible et que par conséquent on pourra utiliser de petits éléments et réduire les pertes de puissance.
Il y a lieu de rappeler que les variations de la tension aux bornes de la charge susceptibles de pro voquer l'ouverture ou la fermeture de l'interrupteur (SW ou Tl) peuvent être choisies aussi petites qu'on le veut pourvu que l'interrupteur puisse s'ouvrir et se fermer suffisamment rapidement. Ainsi, si des transistors de puissance à haute fréquence peuvent être montés de façon économique, il peut être possi ble de remplacer le stabilisateur série par un simple filtre susceptible d'éliminer l'ondulation haute fré quence amplitude.
Le circuit représenté à la fig. 3 est, d'une façon générale, semblable à celui de la fig. 2 mais présente plusieurs perfectionnements. L'un de ceux-ci réside dans le fait que la source d'alimentation des diodes de Zener Zl et Z4 contrôlant les tensions de réfé rence pour les transistors Tl et T9 est constituée par un circuit redresseur redressant les deux alternances et présentant une prise centrale, ce redresseur com prenant le même nombre de diodes que le redresseur d'alimentation qui est constitué par un pont. Une tension est appliquée à la diode de Zener Zl par.
l'intermédiaire d'une résistance R30, à la diode de Zener Z4 par l'intermédiaire d'un réseau atténuateur comprenant les résistances R31 et R32 et deux autres diodes de Zener Z6 et Z7. Il en résulte que le courant traversant les diodes de Zener Z1 et Z4 et par conséquent les tensions de référence ainsi pro duites sont indépendantes de la tension de sortie.
La même source de puissance qui alimente Z1 et Z4 alimente aussi la diode Z2 qui commande la ten sion appliquée au premier transistor du groupe de transistors T10 et T11, par l'intermédiaire duquel le comparateur formé par les deux transistors T6-T7 commande la résistance du transistor de réglage T9 que comprend le stabilisateur série (SCE à la fig. 1).
Un circuit redresseur en pont représenté au bas de la fig. 3 à gauche, produit une tension supérieure à la tension du côté positif du redresseur principal, cette tension étant stabilisée par un réseau de résis tances et de diodes de Zener R33, R34, Z8, Z9 et Z10. La tension de sortie engendrée par ce circuit est très stable et supérieure de 10 volts à la tension en gendrée par le redresseur principal.
Une chaîne de potentiomètres à laquelle cette tension est appliquée comprend un potentiomètre à réglage grossier Pl, un potentiomètre à réglage fin P2, un potentiomètre de sélection P3 dont le réglage détermine la sensi bilité de P1 et P2, et un potentiomètre de sélection P4 qui peut être réglé de façon à rendre de façon précise la tension de sortie égale à zéro lorsque P2 et P3 sont dans leurs positions zéro.
Un caractère important du circuit de la fig. 3 ré side dans la présence d'une résistance R35 entre Tl et T9, résistance dont la valeur est basse, en l'espèce de 1 ohm, et qui, lorsque le circuit est court-circuité, assure la constance du courant. Lorsqu'un court- circuit se produit, le transistor T9 est complètement conducteur et la combinaison de R35 et de Z4 ap plique à l'étage fonctionnant comme interrupteur une tension dont la valeur dépend de l'intensité du courant. Un effet semblable pourrait être obtenu de façon plus compliquée en utilisant un étage destiné à maintenir le courant constant et disposé entre les deux transistors.
Le circuit selon la fig. 3 comprend aussi, à l'op posé du circuit selon la fig. 2, un circuit destiné à supprimer les accroissements de tension pouvant sur venir lorsque le circuit stabilisateur de tension est déclenché. En effet, sans ce circuit, les condensateurs C6 et C8, qui sont plus petits que le condensateur C5, seraient déchargés avant C5 de sorte que l'ali mentation des circuits de contrôle cesserait préma turément et que la tension de sortie s'accroîtrait de façon à devenir égale à la tension aux bornes de C5. Cet accroissement de tension est éliminé par un ré seau comprenant des résistances R36 et R37, un transistor T12, une résistance R38 et la diode D9.
Lorsque le circuit stabilisateur travaille normale ment, R36 et R37 engendrent une tension légèrement positive par rapport à la ligne de sortie positive, de sorte que T12 est rendu non-conducteur et que la diode D9 est polarisée à l'état non-conducteur. Si la source principale cesse de fonctionner, le condensa teur C9 se décharge rapidement tandis que C5, étant plus grand, se décharge plus lentement. II en résulte que la tension au point de jonction entre R36 et R37 devient rapidement négative par rapport à la ligne de sortie qui est positive, de sorte que T12 est complètement conducteur.
R38 est une résistance de limitation du courant de faible valeur (100 ohms) de sorte que la tension au collecteur de T7 et la tension à la base de T10 deviennent rapidement positives. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que la diode D9 devienne conductrice et verrouille ces tensions. Si la diode D9 n'était pas prévue, la tension de base de T10 tomberait à peu près à la valeur du potentiel po sitif de sortie et une polarisation inverse excessive pourrait provoquer la destruction de T10.
Lorsque la diode D9 est devenue conductrice et que les potentiels sont verrouillés, le transistor T9 devient non-conducteur et le condensateur Cl doit pouvoir se décharger rapidement à travers T12, R38, D9 et Z4. Toutefois, ces conditions ne sont pas suf- fisantes étant donné que Tl peut toujours être con ducteur par suite de la diminution de la tension aux bornes de Zl provoquée par la décharge de C8, ce qui aurait pour effet que T9 devrait supporter toute la tension présente aux bornes de C5 ;
mais le cou rant atteindrait la sortie en passant de la sortie du redresseur à travers Tl, la diode de Zener Z12, les résistances R40 et R41 et la diode de Zener Z2. Toutefois, (annulation totale de la tension aux bornes de Zl est évitée par l'insertion dans le circuit de D10 qui devient conductrice et provoque une tension suffisante aux bornes de Zl pour rendre T1 non-conducteur de même que T5 et T5a.
A la file. 3, Z13 est aussi une diode de Zener. Lorsque la tension de sortie occupe un domaine étendu, on peut utiliser deux transistors T20 et T21 en parallèle en guise d'interrupteur comme cela est représenté à la file. 4, laquelle ne montre que ces deux transistors et le circuit destiné à les commander, les autres parties du circuit stabilisateur restant sem blables à celles de la file. 3. Dans son ensemble, cette forme d'exécution ne nécessite que le doublage de l'interrupteur et de son circuit de commande.
A la file. 4, R50 et R51 sont des résistances de limitation du courant (RLIJ à la file. 1), T22 et T23 des tran sistors de commande et T24-T25 et T26-T27 des circuits basculeurs de Schmitt. Vr représente la ten sion de sortie du redresseur et V,. la tension de com mande des interrupteurs.
Lorsque la tension de sortie du circuit stabilisa teur est réglée à une faible valeur, la différence de tension entre la sortie du redresseur d'alimentation et la sortie de l'étage de stabilisation grossière, c'est-à- dire l'étage comprenant (interrupteur, est élevée ; il en résulte que la tension à la jonction de résistances R52 et R53 est suffisamment négative pour rendre conducteur un transistor T28. La tension au collec teur de T28 est de fait basse, de sorte que le tran sistor T26 du circuit basculeur de Schmitt est non- conducteur tandis que l'autre transistor T27 est con ducteur. En conséquence, la base du transistor T23 ne peut devenir négative, ce qui maintient l'inter rupteur T21 fermé.
Lorsque la tension de sortie est élevée, la tension de la base de T28 devient plus positive et son collecteur plus négatif, ce qui fait basculer le circuit de Schmitt de sorte que T21 peut être ouvert par son circuit de commande de même que T20.
Lorsque la tension de sortie est élevée, R50 et R51 sont mises en parallèle, ce qui diminue la chute de tension à travers le circuit, pour un courant de sortie déterminé. Lorsque la tension de sortie est basse, l'impulsion traversant le circuit et pénétrant dans le condensateur Cl est maintenue à une valeur qui peut aisément être supportée par les organes composant le circuit puisque R51 ne conduit pas de courant.
L'utilisation d'un interrupteur à commande électronique est indispensable, étant donné que le procédé de protection contre un court-circuit utilisé (et décrit en référence à la file. 3) impose, lorsqu'un court-circuit est établi, une réduction à quelques volts de la tension de sortie de l'étage de stabilisa tion grossière ceci sans que le contrôle soit supprimé.
Il y a lieu de noter qu'on pourrait disposer en parallèle plus de deux interrupteurs avec leurs moyens de commande propres.