EP0705528A1 - Generateur de haute tension - Google Patents
Generateur de haute tensionInfo
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- EP0705528A1 EP0705528A1 EP94920496A EP94920496A EP0705528A1 EP 0705528 A1 EP0705528 A1 EP 0705528A1 EP 94920496 A EP94920496 A EP 94920496A EP 94920496 A EP94920496 A EP 94920496A EP 0705528 A1 EP0705528 A1 EP 0705528A1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
- H05B6/64—Heating using microwaves
- H05B6/66—Circuits
- H05B6/666—Safety circuits
Definitions
- the high-voltage generator is intended for supplying one or possibly several loads of the unidirectional type such as, for example, a magnetron of a microwave oven or an electronic tube, and comprises a voltage-boosting transformer.
- a primary stage E- ⁇ connected to a primary circuit and a secondary stage E 2 having a winding L 3 connected to a secondary circuit s 0 ' s ⁇ comprising the load of use, said primary circuit connecting the primary stage E ⁇ of the transformer T to a source of electrical energy B Q , B- * L and comprising switching means K so as to supply the transformer T with high frequency current.
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Abstract
La présente invention se rapporte à un générateur de haute tension destiné à l'alimentation d'une charge d'utilisation et comprenant un transformateur élévateur de tension comportant un étage primaire connecté à un circuit primaire, et un étage secondaire présentant un enroulement connecté à un circuit secondaire comprenant la charge d'utilisation, ledit circuit primaire reliant l'étage primaire du transformateur à une source d'énergie électrique et comportant des moyens de commutation de manière à alimenter le transformateur en courant haute fréquence. Selon l'invention, l'étage primaire comprend un premier et un second enroulement, ledit circuit primaire étant relié au premier enroulement et, par l'intermédiaire d'une capacité au second enroulement, ledit second enroulement étant monté en série avec le premier enroulement aux bornes de la capacité. L'invention s'applique à l'alimentation en haute tension des magnétrons de fours à micro-ondes.
Description
GENERATEUR DE HAUTE TENSION
La présente invention se rapporte à un généra¬ teur de haute tension destiné à l'alimentation d'au moins une charge d'utilisation du type unidirectionnel telle que, par exemple, un magnétron ou un tube électronique et comprenant un transformateur élévateur de tension compor¬ tant un étage primaire connecté à un circuit primaire, et un étage secondaire présentant un enroulement connecté à un circuit secondaire comprenant la charge d'utilisation, ledit circuit primaire étant relié à une source d'énergie électrique et comportant des moyens de commutation élec¬ tronique de manière à alimenter ledit transformateur en courant haute fréquence.
On connaît des générateurs où un circuit ré¬ sonnant est réalisé autour d'un circuit comprenant une self et une capacité et relié au primaire du trans¬ formateur. Une telle réalisation est particulièrement désavantageuse, notamment du point de vue du coût et en raison de la multiplicité des circuits magnétiques.
On connaît aussi des générateurs où sur la même ferrite du transformateur on réalise un second en- roulement secondaire relié par ses bornes à une capacité de manière à réaliser un circuit d'accord de résonnance série.
La réalisation de tels transformateurs se heurte à un certain nombre de difficultés tenant notam¬ ment aux exigences d'une bonne isolation de l'étage haute tension et à la réalisation de bobines permettant un cou¬ plage étroit entre l'étage primaire et l'enroulement du circuit de résonance.
Pour éviter la saturation de la ferrite du
transformateur par le fait d'une induction trop forte, on est amené à augmenter la taille des ferrites et le nombre de spires de l'enroulement primaire. Par ailleurs, on essaie d'avoir pour le transformateur lui-même une self de fuite petite devant la self dite de magnétisation.
Toutes ces contraintes, liées à la nécessité d'un bon couplage du transformateur contribuent à aug¬ menter la taille et le prix de ce composant.
Le but de la présente invention est la réali¬ sation d'un transformateur d'un prix réduit, qui soit parfaitement adapté à une utilisation dans un générateur de haute tension pour four à micro-ondes et susceptible d'une fabrication en grande série.
Selon l'invention, l'étage primaire du trans¬ formateur comprend un premier et un second enroulement, ledit circuit primaire étant connecté sur le premier enroulement et, par l'intermédiaire d'une capacité, sur le second enroulement, ledit second enroulement étant monté en série avec le premier enroulement aux bornes de la capacité, de manière à réaliser un circuit oscillant.
Grâce à l'invention, on obtient un excellent couplage, particulièrement entre le premier enroulement primaire et le circuit résonnant résultant, ainsi qu'une self de fuite faible devant la self de magnétisation.
Les caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue du schéma électrique du trans- formateur et du circuit résonnant selon l'invention,
- les figures 2 et 3 sont des vues en coupe de différen-
tes géo étries de réalisation d'un transformateur selon l'invention, - la figure 4 est un schéma équivalent d'un transforma¬ teur à resonnance du type connu, - les figures 5 et 6 sont des vues schématiques de deux variantes de réalisation du circuit secondaire dans un générateur selon l'invention.
Le générateur fait appel à un transformateur à resonnance série dont le fonctionnement est particulière¬ ment adapté à un circuit primaire comprenant des moyens de commutation constitués de commutateurs du type IGBT ou MCT.
Le générateur de haute tension est destiné à l'alimentation d'une ou éventuellement plusieurs charges du type unidirectionnel tel que, par exemple, un magnétron de four à micro-ondes ou un tube électronique, et comprend un transformateur élévateur de tension coro- portant, comme on peut le voir à la figure 1, un étage primaire E-^ connecté à un circuit primaire et un étage secondaire E2 présentant un enroulement L3 connecté à un circuit secondaire s 0'sι comprenant la charge d'utilisation, ledit circuit primaire reliant l'étage primaire E^ du transformateur T à une source d'énergie électrique BQ,B-*L et comportant des moyens de commutation K de manière à alimenter le transformateur T en courant haute fréquence.
On connaît des générateurs comprenant des transformateurs à resonnance parallèle où les commuta¬ teurs, en parallèle avec une diode, et montés dans le circuit primaire, réalisent une commutation dite à zéro tension. Néanmoins lors de l'ouverture du commutateur, il persiste une "queue de courant" due à des porteurs mi¬ noritaires et qui entraîne une dissipation de chaleur non
négligeable dans ces composants. Dans un générateur avec transformateur à resonnance série, on réalise une commu¬ tation dite à zéro courant, et on évite cet inconvénient.
Un transformateur à resonnance série, c'est-à- dire un transformateur à self inductance de fuite sur une capacité, se présente en général comme un élément de type inductif pour les basses fréquences et de type résonnant lorsque la fréquence s'élève.
Un tel élément, comme schématisé à la figure 4, résulte de l'association d'un transformateur parfait TP, une self-inductance L et d'une capacité C.
Selon l'invention, l'étage primaire E- du transformateur T comprend un premier et un second enroulement LlfL2, le circuit primaire étant relié d'une part au premier enroulement L-^ et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une capacité C, au second enroulement L2, ledit second enroulement L2 étant monté en série avec le premier enroulement L-^ aux bornes de la capacité C, de manière à réaliser un circuit oscillant.
Avantageusement, on pourra recourir à un transformateur présentant un enroulement primaire muni d'une prise intermédiaire et d'une prise à chaque extrémité. Le circuit primaire relie une prise d'extrémité et la prise intermédiaire à la source d'énergie BQ B-L et les deux prises d'extrémités sont reliées entre elles par la capacité C. Ainsi, les induc¬ tances des deux enroulements L*^ et L2, constitués respec¬ tivement par l'enroulement de part et d'autre de la prise intermédiaire, sont en série dans le circuit oscillant qui comporte la capacité C.
Le transformateur haute fréquence à resonnance
série selon 1'invention intègre la self L et le transfor¬ mateur TP sur le même circuit magnétique et grâce à une disposition géométrique particulière des enroulements sur le circuit magnétique on réalise entre les enroulements des couplages adaptés au fonctionnement de la charge d'utilisation susceptible d'être alimentée.
Dans la réalisation d'un circuit résonnant à partir d'une self L et d'un condensateur C, pour un transformateur T d'un générateur de haute tension pour un four à micro-ondes, il est nécessaire de remplir cer¬ taines conditions et notamment :
- l'enroulement de l'étage secondaire du transformateur doit se comporter comme un circuit selfique, notamment lorsqu'il est relié à des moyens de redressement com¬ portant par exemple des diodes, de manière à limiter les contraintes sur les diodes ;
- la self L servant à réaliser le circuit oscillant doit être assez fortement couplée avec la self de l'enroulement primaire du transformateur T ;
- la valeur de la self de l'étage primaire doit être assez faible mais l'enroulement primaire doit cependant présenter un nombre de tours assez grand en raison notamment de l'induction maximale admissible, avant saturation du circuit magnétique ;
- l'enroulement secondaire doit enfin être géométrique¬ ment séparé, particulièrement pour assurer une bonne isolation de la haute tension de l'étage secondaire.
Pour obtenir un bon couplage entre les dif¬ férents enroulements, notamment entre l'enroulement pri¬ maire et l'enroulement de la self L du circuit d'accord, une solution serait de réaliser les enroulements sur des bobines cylindriques coaxiales.
Un tel transformateur est constitué de trois
carcasses de bobines assemblées et reste particulièrement coûteux, surtout dans une application de grande série.
Conformément à l'invention , on pourra encore réaliser les deux enroulements des étages primaire et secondaire sur une seule carcasse, comme cela est illus¬ tré à la figure 2 et à la figure 3.
Les représentations schématiques des figures 2 et 3 qui sont des réalisations de transformateurs selon l'invention montrent un transformateur T constitué d'une ferrite 1, d'une carcasse 2 comprenant des bobines 3, 4 et 5 portant les enroulements dits primaires L-^ et L2 et un enroulement secondaire L3.
Une disposition des enroulements L-^ et L2 dans une réalisation telle que représentée schématiquement à la figure 2 entraîne un couplage relativement faible en¬ tre les enroulements L-^ et L2. Pratiquement, il est dif- ficile de dépasser un coefficient de couplage de l'ordre de 0,7.
Néanmoins, le fait d'avoir selon 1'invention une partie commune entre le circuit primaire et le cir- cuit résonnant constitué de la capacité C et des enroule¬ ments L-L et L2 entraîne le couplage effectif élevé entre le "primaire" vu entre les bornes BQ et B-^ et la self- inductance L-*L + L2 du circuit résonnant.
Les deux enroulements de l'étage primaire ont un coefficient de couplage mutuel compris entre 0,5 et 0,7 et présentent des valeurs de self-inductance sensi¬ blement égales. Avec de telles valeurs du coefficient de couplage, on atteint un coefficient de couplage effectif de l'ordre de 0,9.
Le circuit secondaire comprenant une charge d'utilisation peut être réalisé selon plusieurs va¬ riantes. Deux versions particulièrement intéressantes pour l'alimentation d'un magnétron sont illustrés aux figures 5 et 6.
Selon une première version (fig. 5) , le cir¬ cuit secondaire comprend des moyens de redressement. La charge d'utilisation U présente deux bornes K*^,^ d'alimentation reliées, d'une part, à une première borne N--L de l'enroulement secondaire L3, respectivement par deux diodes D-^ et D2 polarisées de façon opposée l'une par rapport à l'autre, et, d'autre part, à une seconde borne N2 de l'enroulement secondaire L3 respectivement par deux capacités C-^ et C2.
Dans une deuxième version, plus simple encore, le circuit comprend un magnétron M directement branché aux bornes de l'enroulement secondaire L3 et une capacité de filtrage branchée en parallèle aux bornes du ma¬ gnétron. La capacité Cf représentée à la figure 6 et qui est branchée en parallèle au magnétron M représente en fait l'association de plusieurs capacités, notamment de capacités de filtrage et de capacités internes au magnétron.
Ainsi, grâce à l'invention, il est possible d'avoir un bon couplage entre l'enroulement primaire du transformateur et le circuit résonnant tout en rendant possible une géométrie de réalisation des bobines parti¬ culièrement simple.
De surcroît, une induction modérée dans le circuit magnétique évite sa saturation trop rapide et permet de recourir à des ferrites de taille relativement modeste.
Claims
1. Générateur de haute tension destiné à l'alimentation d'au moins une charge d'utilisation du type unidirectionnel telle que, par exemple, un magnétron ou un tube électronique et comprenant un transformateur (T) élévateur de tension comportant un étage primaire (E-^) connecté à un circuit primaire, et un étage secondaire (E2) présentant un enroulement (L3) connecté à un circuit secondaire (SQJS-^) comprenant la charge d'utilisation, ledit circuit primaire reliant l'étage primaire (E- ) du transformateur (T) à une source d'énergie électrique (BQ^-^) et comportant des moyens de commutation (K) de manière à alimenter le transformateur en courant haute fréquence, caractérisé en ce que l'étage primaire (E^ du transfor¬ mateur (T) comprend un premier et un second enroulement (L1,L2) , le circuit primaire étant relié au premier enroulement (L-^) et, par l'intermédiaire d'une capacité (C) au second enroulement (L2) , ledit second enroulement (L2) étant monté en série avec le premier enroulement (L-*^) aux bornes de la capacité (C) , de manière à réaliser un circuit oscillant.
2. Générateur de haute tension selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que les deux enroulements de l'étage primaire ont un coefficient de couplage mutuel compris entre 0,5 et 0,7 et présentent des valeurs de self-induc¬ tance sensiblement égales.
3. Générateur de haute tension selon la reven¬ dication l ou 2, caractérisé en ce que les deux enroulements des étages primaire et secondaire sont réalisés sur une seule car- casse.
4. Générateur de haute tension selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit secondaire comprend en outre des moyens de redressement.
5. Générateur de haute tension selon la reven¬ dication 4, caractérisé en ce que la charge d'utilisation (U) présente deux bornes d'alimentation (M1,M2) reliées, d'une part, à une première borne (N-^) de l'enroulement secondaire (L3) par respectivement deux diodes de redressement (DlfD2) polarisées de façon opposée l'une par rapport à 1•autre, et, d'autre part, à une seconde borne (N2) de l'enroulement secondaire (L3) respective- ment par deux capacités (C1,C2) .
6. Générateur de haute tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit secondaire comprend une capacité de filtrage branchée en parallèle aux bornes d'un magnétron.
7. Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de commutation sont des commutateurs du type IGBT ou MCT.
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