FR2742010A1 - Dispositif d'amelioration du facteur de puissance d'une alimentation redressee - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif d'amélioration du facteur de puissance d'un pont redresseur (1) destiné à fournir, à l'aide d'au moins deux condensateurs (C1, C2), une alimentation continue redressée, comportant un chemin de charge (D1, R1; D2, R2) de chaque condensateur (C1, C2); un chemin de décharge commutable (K1, K2) de chaque condensateur (C1, C2); un premier bloc de commande (2') pour commuter à l'état fermé un premier chemin de décharge (K1) seulement après le passage par un maximum du secteur; et un deuxième bloc de commande (3') pour commuter à l'état fermé un deuxième chemin de décharge (K2), à l'expiration d'une temporisation prédéterminée (T1-T0) qui suit la fermeture du chemin de décharge (K1) précédent.
Description
DISPOSITIF D'AMELIORATION DU FACTEUR DE PUISSANCE D'UNE
ALITATICN REDRESSEE
La présente invention concerne le domaine des alimentations redressées obtenues à partir d'une tension alternative, par exemple la tension alternative du secteur, et destinées notamment à un système d'alimentation à découpage.
ALITATICN REDRESSEE
La présente invention concerne le domaine des alimentations redressées obtenues à partir d'une tension alternative, par exemple la tension alternative du secteur, et destinées notamment à un système d'alimentation à découpage.
Un redresseur est généralement constitué d'un pont de diodes connecté à une alimentation alternative et fournissant à un condensateur de stockage disposé entre des bornes de sortie du redresseur, une alimentation continue redressée. L'alimentation continue redressée est, par exemple, destinée à un convertisseur de puissance tel qu'un système d'alimentation à découpage.
Les redresseurs classiques sont généralement associés à des circuits, dits de compensation de facteur de puissance, qui sont notamment destinés à élargir l'impulsion de courant pompée sur le secteur à chaque alternance du secteur.
Parmi les solutions existantes pour corriger le facteur de puissance, on connaît un circuit utilisant une inductance et une diode montées en série entre une borne d'alimentation redressée et une première borne du condensateur. Une borne d'un commutateur est reliée entre l'inductance et la diode et l'autre à la masse. Un processeur commande le commutateur de façon appropriée en fonction des tension et courant détectés. Un tel circuit, disponible par exemple auprès de la société SGS-Thomson
Microelectronics sous la référence L6560, permet d'obtenir une correction quasiment parfaite du facteur de puissance, c'est-àdire que le courant de charge du condensateur de stockage prend la forme d'une sinusoïde en phase avec la sinusoïde de tension.
Microelectronics sous la référence L6560, permet d'obtenir une correction quasiment parfaite du facteur de puissance, c'est-àdire que le courant de charge du condensateur de stockage prend la forme d'une sinusoïde en phase avec la sinusoïde de tension.
Un inconvénient d'un tel circuit de compensation du facteur de puissance réside dans le fait qu'il comprend une inductance non intégrable et coûteuse.
On connaît également d'autres circuits de compensation du facteur de puissance réalisés à partir de diodes et de résistances, mais ces circuits entraînent des pertes importantes dans les résistances, ce qui nuit au rendement du convertisseur.
La présente invention vise à proposer un dispositif d'amélioration du facteur de puissance qui puisse être intégralement réalisé à partir de composants semiconducteurs.
Selon un premier aspect, la présente invention vise un tel dispositif qui soit de constitution particulièrement simple et peu onéreuse.
La présente invention vise également à rendre le fonctionnement du dispositif indépendant de variations de la tension alternative d'alimentation du redresseur et de la charge connectée au redresseur.
La présente invention vise également à la réalisation d'un tel dispositif qui puisse fonctionner dans une large gamme de puissances. En particulier, l'invention vise à ce qu'un fonctionnement sous forte puissance n' entraîne pas de pertes d'énergie importantes dans le circuit.
Selon un deuxième aspect, la présente invention vise également à la réalisation d'un tel dispositif dont le fonctionnement n'est pas altéré par les dispersions technologiques des composants utilisés.
Selon ce deuxième aspect, la présente invention vise en outre à ce que le dispositif d'amélioration du facteur de puissance puisse être réalisé sous forme de circuit intégré en minimisant la surface de silicium nécessaire au circuit.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un dispositif d'amélioration du facteur de puissance d'un pont redresseur alimenté par une tension alternative et destiné à fournir, à l'aide d'au moins deux condensateurs, une alimentation continue redressée, comprenant entre deux lignes d'alimentation redressée : un chemin de charge de chaque condensateur, les condensateurs successifs ayant des valeurs décroissantes et des constantes de temps de charge décroissantes ; un chemin de décharge commutable de chaque condensateur respectif ; un premier bloc de commande pour commuter à l'état fermé un premier chemin de décharge associé à un premier condensateur seulement après le passage par un maximum de la tension alternative d'alimentation et au moins un deuxième bloc de commande pour commuter à l'état fermé un deuxième chemin de décharge associé à un deuxième condensateur, à l'expiration d'un retard prédéterminé qui suit la fermeture du chemin de décharge précédent.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la fermeture du deuxième chemin de décharge provoque l'ouverture du premier chemin de décharge.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, un chemin de charge comprend une résistance et une diode en série entre les lignes d'alimentation redressée, et un chemin de décharge comprend un commutateur, en parallèle sur la résistance et la diode du chemin de charge auquel il est associé.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le deuxième bloc de commande est déclenché par la fermeture du premier commutateur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le deuxième bloc de commande comporte une résistance de détection du courant du chemin de décharge du premier condensateur et une diode Zener de limitation de la tension aux bornes de cette résistance de détection.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le premier bloc de commande fixe un seuil de tension de fermeture du premier commutateur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le premier bloc de commande fixe un premier retard de fermeture du premier commutateur après chaque passage à zéro de la tension d'alimentation alternative.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la diode Zener de limitation participe au chemin de charge du premier condensateur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le deuxième bloc de commande fixe un deuxième retard de fermeture du deuxième commutateur après chaque passage à zéro de tension de l'alimentation alternative, le deuxième retard étant supérieur au premier retard fixé par le premier bloc de commande.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le premier bloc de commande comprend : un premier comparateur dont une première entrée est reliée, aux points milieux de ponts diviseurs de tension et écrêteurs de l'alimentation alternative, une deuxième entrée du premier comparateur recevant une première référence de tension ; un deuxième comparateur dont une première entrée reçoit, par l'intermédiaire d'un premier montage amortisseur, un signal de sortie du premier comparateur, une deuxième entrée du deuxième comparateur recevant une deuxième référence de tension ; et un premier montage intégrateur recevant un signal de sortie du deuxième comparateur et délivrant des impulsions, à la fréquence de l'alimentation alternative, déphasées dudit premier retard, un signal de sortie du premier montage intégrateur constituant un signal de commande d'un premier thyristor constituant le premier commutateur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le deuxième bloc de commande comprend : un troisième comparateur dont une première entrée reçoit, par l'intermédiaire d'un deuxième montage amortisseur dont la constante de temps est supérieure à celle du premier montage amortisseur, le signal de sortie du premier comparateur, une deuxième entrée du troisième comparateur recevant une troisième référence de tension ; et un deuxième montage intégrateur recevant un signal de sortie du troisième comparateur et délivrant des impulsions, à la fréquence de l'alimentation alternative, déphasées dudit deuxième retard supérieur audit premier retard, un signal de sortie du deuxième montage intégrateur constituant un signal de commande d'un deuxième thyristor constituant le deuxième commutateur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comporte un troisième thyristor en parallèle sur le premier thyristor, la gâchette du troisième thyristor étant connectée à une diode Zener de déclenchement fixant un seuil de tension en deçà duquel le troisième thyristor court-circuite le premier commutateur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif comporte en outre un bloc de filtrage additionnel constituant un chemin de décharge additionnel du premier condensateur pour délivrer une basse-tension continue d'alimentation desdits comparateurs et des montages basse-tension qui y sont associés, ladite basse-tension étant fixée au moyen d'une diode
Zener.
Zener.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles
la figure 1 représente, partiellement sous forme de blocs, un redresseur associé à un premier mode de réalisation d'un dispositif d'amélioration du facteur de puissance selon un premier aspect de la présente invention
la figure 2 illustre, sous forme de chronogrammes, le fonctionnement d'un dispositif selon la présente invention tel que représenté à la figure 1
la figure 3 représente un schéma électrique détaillé d'un mode de réalisation du dispositif représenté à la figure 1
la figure 4 représente, partiellement sous forme de blocs, un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'amélio ration du facteur de puissance selon le premier aspect de la présente invention
la figure 5 représente un schéma électrique détaillé d'un mode de réalisation du dispositif représenté à la figure 4
la figure 6 illustre, sous forme de chronogrammes, le fonctionnement du dispositif représenté à la figure 5
la figure 7 représente, partiellement sous forme de blocs, un mode de réalisation d'un dispositif d'amélioration du facteur de puissance selon un deuxième aspect de la présente invention ; et
la figure 8 représente un schéma électrique détaillé d'un mode de réalisation du dispositif représenté à la figure 7.
la figure 1 représente, partiellement sous forme de blocs, un redresseur associé à un premier mode de réalisation d'un dispositif d'amélioration du facteur de puissance selon un premier aspect de la présente invention
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la figure 3 représente un schéma électrique détaillé d'un mode de réalisation du dispositif représenté à la figure 1
la figure 4 représente, partiellement sous forme de blocs, un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'amélio ration du facteur de puissance selon le premier aspect de la présente invention
la figure 5 représente un schéma électrique détaillé d'un mode de réalisation du dispositif représenté à la figure 4
la figure 6 illustre, sous forme de chronogrammes, le fonctionnement du dispositif représenté à la figure 5
la figure 7 représente, partiellement sous forme de blocs, un mode de réalisation d'un dispositif d'amélioration du facteur de puissance selon un deuxième aspect de la présente invention ; et
la figure 8 représente un schéma électrique détaillé d'un mode de réalisation du dispositif représenté à la figure 7.
Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. De même, les chronogrammes des figures 2 et 6 ne sont pas à l'échelle.
Un dispositif d'amélioration du facteur de puissance, selon l'invention, tel que représenté aux différentes figures, comporte au moins deux condensateurs de stockage C1 et C2, en aval d'un pont redresseur 1 classique. Le pont 1 est connecté à deux bornes El et E2 d'une alimentation alternative, par exemple le secteur. Une alimentation continue redressée est délivrée sur deux bornes de sortie, respectivement positive A' et négative G, la borne G constituant généralement une borne de masse. Un chemin de charge est défini pour chaque condensateur C1 ou C2 entre les lignes d'alimentation positive A-A' et négative G.
Le chemin de charge du condensateur C1 comprend au moins une diode D1 et une résistance R1 en série. Le chemin de charge du condensateur C2 comprend au moins une diode D2 et une résistance R2 en série.
Chaque condensateur C1 ou C2 est également associé à un chemin de décharge commutable. Le chemin de décharge du condensateur C1 est constitué d'un commutateur K1 en parallèle sur la diode D1 et la résistance R1. Le chemin de décharge du conden sateur C2 est constitué d'un commutateur K2 monté en parallèle sur la diode D2 et la résistance R2.
Les chemins de charge sont dimensionnés pour que leurs condensateurs respectifs présentent des constantes de temps de charge différentes. Le condensateur C1 et la résistance R1 présentent des valeurs supérieures aux valeurs respectives du condensateur C2 et de la résistance R2 de sorte que Rl.Cl R2.C2.
La figure 1 représente un premier mode de réalisation d'un dispositif selon un premier aspect de l'invention.
Selon ce mode de réalisation, une première borne de chaque condensateur C1 ou C2 est connectée à la borne G. L'association en série de la diode, respectivement D1 ou D2, et de la résistance, respectivement R1 ou R2, est placée entre la deuxième borne du condensateur, respectivement C1 ou C2, et la ligne A-A'.
Une diode de protection D3 est intercalée entre les bornes A et
A' pour empêcher que le courant de décharge du condensateur C2 charge le condensateur C1.
A' pour empêcher que le courant de décharge du condensateur C2 charge le condensateur C1.
Chaque commutateur K1 ou K2 est associé à un bloc de commande, respectivement 2 ou 3. Le rôle des blocs 2 et 3 est de provoquer une commutation séquentielle des commutateurs K1 et K2.
Le bloc de commande 2 a pour rôle de fermer le commutateur K1 lorsque la tension V1 aux bornes du condensateur C1 devient supérieure, d'un seuil Vs, à la tension aux bornes A et G.
Selon l'invention, le bloc de commande 3 a pour rôle de provoquer la fermeture du commutateur K2 à l'issue d'un retard Ts qui suit la fermeture du commutateur K1, c'est-à-dire d'imposer une décharge partielle du condensateur C1 avant la décharge du condensateur C2.
Le fonctionnement du dispositif selon l'invention tel que représenté à la figure 1 est illustré par la figure 2. La figure 2 représente, sous forme de chronogrammes, la tension VAG aux bornes de la charge, les courants IR1 et IR2 à travers les résistances R1 et R2, et le courant I fourni par le secteur.
A un instant tO où la tension VA'G atteint la tension
V2 aux bornes du condensateur C2, le commutateur K2 s'ouvre. Le secteur alimente donc la charge et commence à recharger le condensateur C2. Peu après, à un instant tl, il commence à recharger le condensateur C1 qui est moins déchargé que le condensateur C2. On notera que la charge du condensateur C1 est plus lente que celle du condensateur C2.
V2 aux bornes du condensateur C2, le commutateur K2 s'ouvre. Le secteur alimente donc la charge et commence à recharger le condensateur C2. Peu après, à un instant tl, il commence à recharger le condensateur C1 qui est moins déchargé que le condensateur C2. On notera que la charge du condensateur C1 est plus lente que celle du condensateur C2.
Le condensateur C2 se charge jusqu'à un instant t2. Le condensateur C1 cesse de se charger seulement à un instant postérieur t3. Le secteur continue à alimenter la charge jusqu'à un instant t4 où la différence de potentiel entre la tension du secteur redressée et la tension V1 atteint la tension seuil Vs.
Le commutateur K1 se ferme et le condensateur C1 se décharge lentement dans la charge. Le courant I devient nul.
A l'issue de la temporisation Ts imposée par le bloc 3 (instant t5), le commutateur K2 se ferme et le commutateur K1 s'ouvre provoquant ainsi la décharge du condensateur C2 pour alimenter la charge. Lorsque la décharge du condensateur C2 est telle que la tension V2 devient inférieure à la tension VA'GO le commutateur K2 s'ouvre (instant t'0) et le fonctionnement décrit ci-dessus se reproduit pour l'alternance suivante.
Comme le montrent les courbes, la superposition des différents courants (IR1, IR2 et le courant vers la charge) constituant le courant I prélevé sur le secteur permet un élargi s sement adéquat du pic de courant extrait du secteur.
Un avantage de la prévision du bloc de temporisation 3, est que la fermeture du commutateur K2 est indépendante de la charge connectée entre les bornes A' et G.
La figure 3 représente un mode de réalisation des blocs de commande 2 et 3 du dispositif de la figure 1.
Le redresseur 1 est constitué, de manière classique, d'un pont de diodes D4 à D7. Les commutateurs K1 et K2 sont constitués, par exemple, de thyristors Thl et Th2 dont les anodes sont reliées, respectivement, au condensateur C1 et au condensateur C2.
Le bloc 2 comporte une diode Zener DZ1 et une diode D8 en série entre la gâchette de cathode du thyristor Thl et le condensateur C1. La tension seuil Vs de fermeture du thyristor
Thl est fixée par la diode Zener DZ1 (en tenant compte de la diode D8).
Thl est fixée par la diode Zener DZ1 (en tenant compte de la diode D8).
Le bloc 3 comporte une diode Zener DZ2 connectée entre la borne A et la cathode du thyristor Thl. Le rôle de la diode
DZ2 est d'empêcher un déclenchement du bloc de temporisation 3 avant que le thyristor Thl ne conduise. Une résistance R3 et un condensateur basse-tension C3 sont montés en série et sont placés en parallèle sur les diodes DZ2 et D3. Le point de connexion entre le condensateur C3 et la résistance R3 est relié à la cathode d'une diode Zener DZ3 dont l'anode est reliée à la gâchette de cathode du thyristor Th2. Une résistance R4 est montée en parallèle sur les diodes DZ2 et D3.
DZ2 est d'empêcher un déclenchement du bloc de temporisation 3 avant que le thyristor Thl ne conduise. Une résistance R3 et un condensateur basse-tension C3 sont montés en série et sont placés en parallèle sur les diodes DZ2 et D3. Le point de connexion entre le condensateur C3 et la résistance R3 est relié à la cathode d'une diode Zener DZ3 dont l'anode est reliée à la gâchette de cathode du thyristor Th2. Une résistance R4 est montée en parallèle sur les diodes DZ2 et D3.
Lorsque le thyristor Thl conduit (à partir de l'instant t4), le condensateur C3 se charge avec une constante de temps fixée par la résistance R3. Lorsque le potentiel aux bornes du condensateur C3 devient supérieur au seuil de la diode Zener DZ3, celle-ci entre en avalanche et commande la mise en conduction du thyristor Th2. A partir de ce moment (instant t5), le condensateur C2 se décharge et le potentiel de la cathode du thyristor
Thl remonte rapidement et le thyristor Thl se bloque. La résistance R4 permet la décharge du condensateur C3 quand le thyristor
Th2 devient passant. A l'instant t'0, le thyristor Th2 se bloque et le condensateur C2, puis le condensateur C1 (instant t'l) recommencent à se charger.
Thl remonte rapidement et le thyristor Thl se bloque. La résistance R4 permet la décharge du condensateur C3 quand le thyristor
Th2 devient passant. A l'instant t'0, le thyristor Th2 se bloque et le condensateur C2, puis le condensateur C1 (instant t'l) recommencent à se charger.
Les figures 4 et 5 représentent un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'amélioration du facteur de puissance selon le premier aspect de l'invention. La figure 4 représente ce dispositif partiellement sous forme de blocs tandis que la figure 5 est un schéma électrique détaillé.
Selon ce deuxième mode de réalisation, le bloc de commande 2' du commutateur K1 est, lui aussi, un bloc de temporisation. Le bloc 2' est destiné à fermer le commutateur K1 avec un retard prédéterminé TO après un passage à zéro du secteur. La position du condensateur C1 est inversée par rapport au premier mode de réalisation. Une première borne du condensateur C1 est connectée, par l'intermédiaire de la diode D1 et de la résistance R1 et par l'intermédiaire du commutateur K1, à la borne G et la deuxième borne du condensateur C1 est connectée à la borne A.
Le bloc 3 destiné au commutateur K2 est similaire à celui exposé en relation avec les figures 1 et 3.
Un avantage d'un tel mode de réalisation est qu'il interdit une deuxième fermeture du commutateur K1 au cours d'une même alternance. Cela permet d'éviter de voir apparaître des pertes d'énergie importantes dans la résistance R1 (figure 3) si le condensateur C2 se décharge trop rapidement et entraîne ainsi une différence entre les tensions V1 et V2 qui atteint le seuil de tension Vs provoquant une mise en conduction du thyristor Thl.
Un tel cas peut, par exemple, se produire lorsque la puissance prélevée par la charge augmente de manière importante.
Un autre avantage est que le fonctionnement du bloc 2' est rendu indépendant de variations de la tension du secteur.
La commande du commutateur K1 s'effectue, par exemple, au moyen d'une impulsion fournie par le bloc 2'. Cela permet de conserver une commande de l'ouverture du commutateur K1 par la fermeture du commutateur K2. Le reste du fonctionnement est similaire à celui exposé en relation avec la figure 1.
La figure 5 illustre un exemple de réalisation du bloc de commande 2' représenté à la figure 4. Le bloc 3 a la même structure que celle exposée en relation avec la figure 3. La deuxième borne du condensateur C1 est reliée, par l'intermédiaire de la diode Zener DZ2, à la borne A. La diode DZ2 fait donc partie, avec la diode D1 et la résistance R1, du chemin de charge du condensateur C1.
L'exemple de réalisation représenté à la figure 5 sera décrit par la suite en relation avec la figure 6 qui illustre sous forme de chronogrammes, l'allure des tensions les plus significatives du bloc 2'.
Le bloc 2' comporte deux comparateurs Al et A2. Le rôle du comparateur Al est de détecter le passage par zéro de la tension du secteur VElE2. Le rôle du comparateur A2 est de valider une temporisation effectuée sur le signal de sortie du comparateur Al.
Une première entrée (non-inverseuse) F du comparateur Al reçoit la tension du secteur redressée, convertie en bas se tension par des ponts diviseurs constitués de résistances R5, R7 et R6 et écrêtée au moyen d'une diode Zener DZ4.
L'allure du potentiel VF du noeud F est représentée à la figure 6. Tant que le potentiel VF n'a pas atteint la tension seuil V4 de la diode DZ4, sa forme correspond à la forme sinusoïdale de la tension d'alimentation, mais avec un niveau plus faible en raison de la présence des ponts diviseurs définis, par les résistances R5 et R6 pour les alternances positives et, par les résistances R7 et R6 pour les alternances négatives. Dès que le potentiel VF atteint la tension V4 (instant t6), la diode DZ4 montée en parallèle sur la résistance R6 conduit et limite le potentiel.
Une deuxième entrée du comparateur Al est attaquée par une première tension de référence définie par un pont diviseur constitué de résistances R8 et R9 montées en série entre une borne positive d'alimentation continue basse-tension Vcc et la borne G. Le rôle du comparateur Al est de transformer le potentiel du noeud F en créneaux. La tension VH en sortie H du comparateur Al est représenté à la figure 6. Cette tension VH est au niveau haut (instants t7 à t8) lorsque le potentiel du noeud F dépasse la première tension de référence et est au niveau bas au voisinage des passages à zéro de tension du secteur.
La tension VH sert de base à la temporisation opérée par le bloc 2'. Pour ce faire, un premier montage amortisseur des fronts montants du signal VH, constitué d'une résistance R10 et d'un condensateur C4 montés en série entre les bornes Vcc et G, est intercalé entre la sortie H et une première entrée J du comparateur A2. Une diode d'isolement D9 (représentée en pointillés à la figure 5) isole, si nécessaire, la sortie H du noeud J.
Une deuxième entrée du comparateur A2 reçoit une deuxième tension de référence fixée par un pont diviseur constitué de résistances R11 et R12 montées en série entre les bornes Vcc et G.
Lorsque le potentiel du point H passe à un niveau haut, le condensateur C4 se charge, par l'intermédiaire de la résistance R10, et provoque ainsi une augmentation progressive du potentiel VJ (figure 6) du noeud J. Lorsque le potentiel VJ atteint la deuxième tension de référence (instant t9), la sortie
L du comparateur A2 passe au niveau haut. Dès que le potentiel du point H redescend au niveau bas (instant t8), le condensateur C4 est immédiatement court-circuité par la sortie du comparateur Al et la sortie L repasse au niveau bas. On obtient donc, au point
L, un signal VL (figure 6) en créneaux dont les fronts montants sont tous retardés, par rapport au passage à zéro de tension de l'alimentation alternative, d'un retard TO.
L du comparateur A2 passe au niveau haut. Dès que le potentiel du point H redescend au niveau bas (instant t8), le condensateur C4 est immédiatement court-circuité par la sortie du comparateur Al et la sortie L repasse au niveau bas. On obtient donc, au point
L, un signal VL (figure 6) en créneaux dont les fronts montants sont tous retardés, par rapport au passage à zéro de tension de l'alimentation alternative, d'un retard TO.
A la figure 6, les états de sortie des comparateurs Al et A2 ont été désignés par "0" et "1". La valeur des potentiels respectifs dépend de la polarisation Vcc de ces comparateurs et le dimensionnement des différents ponts résistifs et des condensateurs C4 et C5 est, bien entendu, adapté en conséquence.
La sortie L est reliée à un premier montage intégrateur, constitué d'un condensateur C5 associé à une résistance
R13, dont le rôle est de transformer les créneaux du signal VL en impulsions. Une première borne du condensateur C5 est reliée à la sortie du comparateur Ai tandis qu'une seconde borne est reliée, par l'intermédiaire de la résistance R13, à la borne G. La seconde borne du condensateur C5 est reliée à l'anode d'une diode
D10 dont la cathode constitue la sortie du bloc 2'. Cette sortie est reliée à la gâchette d'anode d'un thyristor Th'l constituant le commutateur K1. La diode D10 est une diode de protection destinée à éviter qu'un courant ne circule depuis la gâchette du thyristor Th'l jusqu'à la sortie L du comparateur A2.
R13, dont le rôle est de transformer les créneaux du signal VL en impulsions. Une première borne du condensateur C5 est reliée à la sortie du comparateur Ai tandis qu'une seconde borne est reliée, par l'intermédiaire de la résistance R13, à la borne G. La seconde borne du condensateur C5 est reliée à l'anode d'une diode
D10 dont la cathode constitue la sortie du bloc 2'. Cette sortie est reliée à la gâchette d'anode d'un thyristor Th'l constituant le commutateur K1. La diode D10 est une diode de protection destinée à éviter qu'un courant ne circule depuis la gâchette du thyristor Th'l jusqu'à la sortie L du comparateur A2.
L'allure de la tension VT en sortie du bloc 2' est représentée à la figure 6. Cette tension comporte des impulsions à la fréquence du secteur qui sont déphasées du retard TO par rapport aux passages à zéro de la tension du secteur.
Les différents ponts résistifs du bloc 2', la diode
Zener DZ4, le condensateur C4 et la résistance R10 sont dimensionnés pour que les impulsions délivrées par le bloc 2' soient situées dans la portion descendante de chaque alternance redressée, c'est-à-dire que le retard TO est supérieur à la durée d'une demi-alternance du secteur.
Zener DZ4, le condensateur C4 et la résistance R10 sont dimensionnés pour que les impulsions délivrées par le bloc 2' soient situées dans la portion descendante de chaque alternance redressée, c'est-à-dire que le retard TO est supérieur à la durée d'une demi-alternance du secteur.
Un avantage de prévoir un écrêtement du potentiel du point F au moyen de la diode Zener DZ4 est que cela rend le fonctionnement du bloc 2', donc le retard TO, indépendant de variations de la tension du secteur.
Le fonctionnement du dispositif représenté à la figure 5, du point de vue des charges et décharges respectives des condensateurs C1 et C2, est sensiblement le même que celui exposé en relation avec le premier mode de réalisation.
Le dispositif représenté à la figure 5 comporte également un bloc 4 permettant d'assurer une alimentation de la charge connectée entre les bornes A' et G, même en cas de coupure du secteur. Ce bloc 4 est constitué d'un thyristor Th3 monté en parallèle sur le thyristor Th'l. La gâchette du thyristor Th3 est reliée à l'anode d'une diode Zener de déclenchement DZ5 dont la cathode est reliée à la borne G par l'intermédiaire d'une diode
D11. Le thyristor Th3 et la diode DZ5 servent, en courtcircuitant le thyristor Th'l, à décharger complètement le condensateur C1 lorsque la différence entre les tension V1 et VAG devient supérieure au seuil fixé par les diodes DZ5 et D11.
D11. Le thyristor Th3 et la diode DZ5 servent, en courtcircuitant le thyristor Th'l, à décharger complètement le condensateur C1 lorsque la différence entre les tension V1 et VAG devient supérieure au seuil fixé par les diodes DZ5 et D11.
Ainsi, si la tension du secteur disparaît pendant une période de décharge du condensateur C2, le condensateur C1 prend le relais et maintient l'alimentation pendant une à deux alternances du secteur.
La basse-tension Vcc peut être fournie par une alimentation externe au dispositif. Cependant, on préférera utiliser la décharge du condensateur C1 pour délivrer une tension continue
Vcc sur une borne basse-tension BT. Pour ce faire, le dispositif selon l'invention comporte un bloc de filtrage additionnel 5 pourvu d'un condensateur C6 qui est chargé par la décharge du condensateur C1. Le bloc 5 comprend une diode D12 dont l'anode est reliée à la cathode du thyristor Th'1 et dont la cathode est reliée à une première borne d'une résistance R14 dont l'autre borne constitue la sortie du bloc 5 et, par l'intermédiaire du condensateur C6, à la borne G. Une diode Zener DZ6, montée en parallèle sur le condensateur C6 et la résistance R14, fixe la tension continue Vcc délivrée par le bloc 5.
Vcc sur une borne basse-tension BT. Pour ce faire, le dispositif selon l'invention comporte un bloc de filtrage additionnel 5 pourvu d'un condensateur C6 qui est chargé par la décharge du condensateur C1. Le bloc 5 comprend une diode D12 dont l'anode est reliée à la cathode du thyristor Th'1 et dont la cathode est reliée à une première borne d'une résistance R14 dont l'autre borne constitue la sortie du bloc 5 et, par l'intermédiaire du condensateur C6, à la borne G. Une diode Zener DZ6, montée en parallèle sur le condensateur C6 et la résistance R14, fixe la tension continue Vcc délivrée par le bloc 5.
Dans le cas où le bloc 5 est prévu dans le dispositif selon l'invention, le bloc 4 sert également d'aide au démarrage de l'alimentation des comparateurs Al et A2 en assurant que le condensateur C1 est au moins partiellement déchargé lors de la mise sous tension du circuit.
Comme cela est représenté en pointillés à la figure 5, une diode additionnelle de délestage D13 peut être placée en parallèle sur la diode Zener DZ2 dans laquelle circule l'intégralité du courant de charge du condensateur C1. Le rôle de la diode
D13 est alors de soulager la diode Zener DZ2 lors de la charge du condensateur C1.
D13 est alors de soulager la diode Zener DZ2 lors de la charge du condensateur C1.
Les figures 7 et 8 illustrent un deuxième aspect de la présente invention selon lequel les commandes par temporisation des commutateurs K1 et K2 sont rendues indépendantes l'une de 1 'autre.
Le commutateur K2 est, comme le commutateur K1, associé à un bloc de temporisation 3' destiné à le déclencher après un retard prédéterminé T1 qui suit le passage à zéro de tension du secteur. La structure des chemins de charge et de décharge du condensateur C2 est similaire à celle des chemins de charge et décharge du condensateur C1 représentés à la figure 4.
Le retard TO du bloc 2' de fermeture du commutateur K1 est fixé comme dans le mode de réalisation illustré en figures 4 et 5. Le retard T1 du bloc 3' de fermeture du commutateur K2 est choisi supérieur au retard TO pour garantir une fermeture du commutateur K2 postérieure à la fermeture du commutateur K1.
Un avantage de ce deuxième aspect de l'invention est que la temporisation de la fermeture du commutateur K2 peut être réalisée au moyen de composants basse-tension tels que ceux utilisés dans le mode de réalisation de la figure 5. Cela présente l'avantage de ne pas rendre cette temporisation dépendante d'un seuil de diode Zener (la diode DZ2 des figures 3 et 5) dont les tolérances de fabrication sont assez élevées (de l'ordre de +/10%) dans une fabrication en série. Ainsi, la temporisation est fixée au moyen de résistances et condensateurs dont les tolérances de fabrication peuvent être de l'ordre de 1% dans une fabrication en série.
Un autre avantage de ce deuxième aspect est que la réalisation du dispositif sous forme de circuit intégré requiert moins de silicium pour la partie du circuit comportant les composants de puissance, ce qui limite les pertes d'énergie.
La figure 8 représente un schéma électrique d'un mode de réalisation d'un dispositif d'amélioration du facteur de puissance selon le deuxième aspect de la présente invention.
La réalisation et le fonctionnement du bloc 2' associé au commutateur K1 sont identiques à la réalisation et au fonctionnement exposés en relation avec les figures 4 à 6. De même, le bloc 5 est identique à celui exposé en relation avec la figure 5. Par contre, la deuxième borne du condensateur C1 est directement connectée à la borne A'.
On notera que, dans le mode de réalisation représenté à la figure 8, les thyristors Th'l et Th3 constitutifs, respectivement, du commutateur K1 et du bloc 4 sont confondus. On utilise, selon ce mode de réalisation, un thyristor à deux gâchettes, les gâchettes d'anode et de cathode constituant les commandes respectives du commutateur K1 et du bloc 4.
Selon le mode de réalisation représenté à la figure 8, le bloc 3' reçoit les créneaux présents au point H et comprend un montage similaire à celui associé au comparateur A2 du bloc 2'.
Le bloc 3' comprend un troisième comparateur A3, par exemple, un amplificateur opérationnel, dont une première entrée
J' est attaquée par le signal VH dont les fronts montants sont fortement amortis par un deuxième montage amortisseur constitué d'une résistance R15 et d'un condensateur C7. Si nécessaire, une diode d'isolement D14 (représentée en pointillés à la figure 8) est montée entre les points H et J'. Une deuxième entrée du comparateur A3 reçoit une troisième tension de référence fixée par un pont diviseur constitué de résistances R16 et R17 montées en série entre la borne Vcc et la borne G. Le dimensionnement des résistances R15, R16 et R17 et du condensateur C7 fixe le retard de temporisation T1 associé au commutateur K2.La sortie L' du comparateur A3 traverse un deuxième montage intégrateur constitué d'un condensateur C8 associé à une résistance R18. La gâchette du thyristor Th'2 constitutif du commutateur K2 est attaquée par l'intermédiaire d'une diode D15.
J' est attaquée par le signal VH dont les fronts montants sont fortement amortis par un deuxième montage amortisseur constitué d'une résistance R15 et d'un condensateur C7. Si nécessaire, une diode d'isolement D14 (représentée en pointillés à la figure 8) est montée entre les points H et J'. Une deuxième entrée du comparateur A3 reçoit une troisième tension de référence fixée par un pont diviseur constitué de résistances R16 et R17 montées en série entre la borne Vcc et la borne G. Le dimensionnement des résistances R15, R16 et R17 et du condensateur C7 fixe le retard de temporisation T1 associé au commutateur K2.La sortie L' du comparateur A3 traverse un deuxième montage intégrateur constitué d'un condensateur C8 associé à une résistance R18. La gâchette du thyristor Th'2 constitutif du commutateur K2 est attaquée par l'intermédiaire d'une diode D15.
Le fonctionnement du bloc 3' est similaire à celui du bloc 2' exposé en relation avec la figure 6. On notera que le commutateur K2 est, selon le deuxième aspect de l'invention, toujours fermé à l'issue d'un retard de temporisation (T1-TO) qui suit la fermeture du commutateur K1.
Bien qu'il ait été fait référence dans la description qui précède à un dispositif constitué de deux condensateurs de stockage C1 et C2, l'invention peut être réalisée avec un nombre supérieur de condensateurs. Dans ce cas, on veillera à ce que les condensateurs aient des valeurs croissantes et des constantes de temps de charge croissantes. De même, on veillera à ce que les retards de temporisation de fermeture des commutateurs, respectivement associés aux différents condensateurs, soient croissants pour que les condensateurs se déchargent successivement.
Le choix des valeurs des résistances et condensateurs dépend des caractéristiques souhaitées pour le dispositif de limitation du facteur de puissance. Elles seront notamment fonction du nombre de condensateurs de stockage C1 et C2 prévus et des constantes de temps de charge et de décharge de ces condensateurs.
Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, chacun des composants décrits pourra être remplacé par un ou plusieurs composants remplissant la même fonction. Par exemple, les thyristors pourront être remplacés par des transistors MOS de puissance. Les constantes de temps telles que
TO et T1 pourraient être générées de façon différente de ce qui a été décrit, par exemple par un microcontrôleur.
TO et T1 pourraient être générées de façon différente de ce qui a été décrit, par exemple par un microcontrôleur.
Claims (13)
1. Dispositif d'amélioration du facteur de puissance d'un pont redresseur (1) alimenté par une tension alternative et destiné à fournir, à l'aide d'au moins deux condensateurs (C1,
C2), une alimentation continue redressée, comprenant entre deux lignes d'alimentation redressée (A-A', G)
- un chemin de charge (D1, R1 ; D2, R2) de chaque condensateur (C1, C2), les condensateurs successifs ayant des valeurs décroissantes et des constantes de temps de charge décroissantes ;;
- un chemin de décharge commutable (K1, K2) de chaque condensateur respectif (C1, C2)
- un premier bloc de commande (2, 2') pour commuter à l'état fermé un premier chemin de décharge (K1) associé à un premier condensateur (C1) seulement après le passage par un maximum de la tension alternative d'alimentation ; et caractérisé en ce qu'il comprend en outre
- au moins un deuxième bloc de commande (3, 3') pour commuter à l'état fermé un deuxième chemin de décharge (K2) associé à un deuxième condensateur (C2), à l'expiration d'un retard prédéterminé (Ts, T1-T0) qui suit la fermeture du chemin de décharge (K1) précédent.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fermeture du deuxième chemin de décharge (K2) provoque l'ouverture du premier chemin de décharge (K1).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un chemin de charge comprend une résistance (R1 ;
R2) et une diode (D1 ; D2) en série entre les lignes d'alimentation redressée (A-A', G), et un chemin de décharge comprend un commutateur (K1 ; K2), en parallèle sur la résistance (R1 ; R2) et la diode (D1 ; D2) du chemin de charge auquel il est associé.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le deuxième bloc de commande (3) est déclenché par la fermeture du premier commutateur (K1).
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le deuxième bloc de commande (3) comporte une résistance (R4) de détection du courant du chemin de décharge (C1,
Thl, R4 ; Th'l, C1, R4) du premier condensateur et une diode
Zener (DZ2) de limitation de la tension aux bornes de cette résistance de détection (R4).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le premier bloc de commande (2) fixe un seuil de tension (Vs) de fermeture du premier commutateur (Thl).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le premier bloc de commande (2') fixe un premier retard (TO) de fermeture du premier commutateur (Th'l) après chaque passage à zéro de la tension d'alimentation alternative.
8. Dispositif selon les revendications 5 et 7, caractérisé en ce que ladite diode Zener de limitation (DZ2) participe au chemin de charge (DZ2, C1, D1, R1) du premier condensateur.
9. Dispositif selon les revendications 3 et 7, caractérisé en ce que le deuxième bloc de commande (3') fixe un deuxième retard (T1) de fermeture du deuxième commutateur (Th'2) après chaque passage à zéro de tension de l'alimentation alternative, le deuxième retard (T1) étant supérieur au premier retard (TO) fixé par le premier bloc de commande (2').
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le premier bloc de commande (2') comprend :
- un premier comparateur (Al) dont une première entrée (F) est reliée aux points milieux de ponts diviseurs de tension et écrêteurs (R5, R6, R7, DZ4) de l'alimentation alternative, une deuxième entrée du premier comparateur (Al) recevant une première référence de tension (Vcc, R8, R9)
- un deuxième comparateur (A2) dont une première entrée (J) reçoit, par l'intermédiaire d'un premier montage amortisseur (R10, C4), un signal de sortie (H) du premier comparateur (AI), une deuxième entrée du deuxième comparateur (A2) recevant une deuxième référence de tension (R11, R12) ; et
- un premier montage intégrateur (C5, R13) recevant un signal de sortie (L) du deuxième comparateur (A2) et délivrant des impulsions, à la fréquence de l'alimentation alternative, déphasées dudit premier retard (TO), un signal de sortie (VT) du premier montage intégrateur (C5, R13) constituant un signal de commande d'un premier thyristor (Th'l) constituant le premier commutateur (K1).
11. Dispositif selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le deuxième bloc de commande (3') comprend
- un troisième comparateur (A3) dont une première entrée (J') reçoit, par l'intermédiaire d'un deuxième montage amortisseur (R15, C7) dont la constante de temps est supérieure à celle du premier montage amortisseur (R10, C4), le signal de sortie (H) du premier comparateur (Ai), une deuxième entrée du troisième comparateur (A3) recevant une troisième référence de tension (R16, R17) ; et
- un deuxième montage intégrateur (C8, R18) recevant un signal de sortie (L') du troisième comparateur (A3) et délivrant des impulsions, à la fréquence de l'alimentation alternative, déphasées dudit deuxième retard (T1) supérieur audit premier retard (TO), un signal de sortie du deuxième montage intégrateur (C8, R18) constituant un signal de commande d'un deuxième thyristor (Th'2) constituant le deuxième commutateur (K2).
12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième thyristor (Th3) en parallèle sur le premier thyristor (Th'l), la gâchette du troisième thyristor (Th3) étant connectée à une diode Zener de déclenchement (DZ5) fixant un seuil de tension en deçà duquel le troisième thyristor (Th3) court-circuite le premier commutateur (K1).
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un bloc de filtrage additionnel (5) constituant un chemin de décharge additionnel (D12, C6, R14) du premier condensateur (C1) pour délivrer une basse-tension continue (Vcc) d'alimentation desdits comparateurs (Al, A2, A3) et des montages basse-tension qui y sont associés, ladite basse-tension (Vcc) étant fixée au moyen d'une diode Zener (DZ6).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20060731 |