WO2006056363A1 - Convertisseur continu-continu a plusieurs sorties - Google Patents

Convertisseur continu-continu a plusieurs sorties Download PDF

Info

Publication number
WO2006056363A1
WO2006056363A1 PCT/EP2005/012348 EP2005012348W WO2006056363A1 WO 2006056363 A1 WO2006056363 A1 WO 2006056363A1 EP 2005012348 W EP2005012348 W EP 2005012348W WO 2006056363 A1 WO2006056363 A1 WO 2006056363A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
converter
stage
voltage
stages
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2005/012348
Other languages
English (en)
Inventor
Ludovic Marie-Joseph Xavier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio France SAS
Original Assignee
Siemens VDO Automotive SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens VDO Automotive SAS filed Critical Siemens VDO Automotive SAS
Priority to DE112005000731T priority Critical patent/DE112005000731T5/de
Publication of WO2006056363A1 publication Critical patent/WO2006056363A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33561—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having more than one ouput with independent control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
    • H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0083—Converters characterised by their input or output configuration
    • H02M1/009—Converters characterised by their input or output configuration having two or more independently controlled outputs

Definitions

  • the present invention relates to a DC-DC converter with multiple outputs.
  • WO-02/03534 discloses a DC-DC converter having a plurality of output voltages.
  • the device described in this document uses the same inductance for all the output stages.
  • Each of these stages comprises a switching switch and a complex control circuit is provided to control each of these switches at a frequency or a duty cycle, which is specific to it.
  • the device described in the latter document is of a high cost, due in particular to the presence of individually controlled switches. In addition, given the many switching frequencies used, this device has a delicate radiation to eliminate.
  • the present invention therefore aims to provide a DC-DC converter with several outputs, simpler, and therefore easier to achieve than the devices of the prior art.
  • a converter has electromagnetic radiation easy to eliminate.
  • the invention proposes a multistage DC / DC converter from a primary voltage source comprising inductive means for storing electrical energy, first primary voltage hashing means, switching means. associated with each stage of the converter as well as control means for the hashing means and the switching means.
  • the reference voltage of each stage of the converter corresponds to the output voltage of the lower stage, the first stage having a first reference voltage, for example a ground, and the switching means associated with the stages of the converter are controlled simultaneously and at the same frequency.
  • the first primary voltage hashing means comprise a switch which is in the closed position when the switching means associated with the stages of the converter are in the open position and vice versa.
  • the converter then has operation in two phases: a first charging phase of the inductive means and a second discharge phase of these inductive means.
  • a preferred embodiment of a converter according to the invention provides that the latter comprises a first stage and secondary stages, that each stage comprises an inductor, and that the inductance of the first stage is directly connected to the primary voltage source. by the hash means.
  • the switching means associated with a secondary stage are for example arranged between the output of the inductance of the lower stage and the input of the inductance of the stage.
  • each floor secondary circuit has decoupling means in parallel with the inductance of the corresponding stage so as to decouple this secondary stage from the reference voltage of the first stage.
  • these decoupling means of a secondary stage comprise a decoupling capacitor or else a diode.
  • a DC-DC converter according to the invention it also comprises for example also a linear regulator at the output of each of the stages.
  • the present invention also relates to a voltage supply device of an electronic device and / or an electronic system, characterized in that they comprise a DC-DC converter as described above.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a three-stage converter according to the invention
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a DC-DC converter according to the invention with two stages in a first switching state;
  • FIG. 3 represents the converter of FIG. 2 in a second switching state
  • FIG. 4 is a circuit diagram of a DC-DC converter according to the invention with three stages, and
  • FIG. 5 is an electrical diagram of an alternative embodiment of the converter of FIG. 4.
  • FIG. 1 schematically represents a DC-DC converter having an input voltage Uin and providing three output voltages Vouti, Vout2 and Vout3. Each of these outputs supplies a linear voltage regulator, respectively VR1, VR2 and VR3.
  • This CDC converter comprises three conversion stages E1, E2 and E3, hashing and switching means SW and a control circuit RG including controlling the hashing and switching means SW.
  • the first stage E1, or primary stage is connected to ground. Its output voltage Vouti is defined with respect to this mass.
  • the other conversion stages E2, E3 have as their reference voltage the output voltage of the lower stage.
  • the conversion stage E2 has the reference voltage Vouti while the conversion stage E3 has the reference voltage Vout2.
  • the servo-control circuit RG regulates the switching of the hashing and switching means SW as a function of the output voltage Vouti of the primary stage E1.
  • the CDC converter of Figure 1 has three stages.
  • a converter according to the invention may, however, comprise a number of different stages. It may comprise two stages (as shown in FIGS. 2 and 3) or a larger number of stages (four or more).
  • FIGS. 2 and 3 show a primary stage and a secondary stage.
  • the primary stage comprises an inductor L1, a capacitor C1, a resistor R1 and a switch S2.
  • the capacitor C1 is mounted between the ground and a terminal, called the output terminal, of the inductor L1.
  • Resistor R1 is connected in parallel across C1.
  • the switch S2 is mounted between the other terminal of the inductor L1, or the input terminal of the inductor L1, and the ground.
  • the secondary stage comprises an inductor L2, a capacitor C2, a resistor R2, a switch S2a and a decoupling capacitor C2a.
  • the decoupling capacitance C2a is connected in series with the inductor L2.
  • the inductance terminal L2 on the side of the decoupling capacitor C2a is called the input terminal of the inductor L2.
  • the other terminal of the inductor L2 is called the output terminal of the inductor L2.
  • the decoupling capacitance C2a is mounted between the input terminals of the inductors L1 and L2.
  • the switch S2a is mounted between the output terminal of the inductor L1 and the input terminal of the inductor L2.
  • the capacitor C2 is mounted between the output terminals of the inductors L1 and L2 while the resistor R2 is connected between the output terminal of the inductor L2 and the ground.
  • the output voltage Vouti corresponds to the voltage at the output terminal of the inductor L1
  • the output voltage Vout2 of the secondary stage corresponds to the voltage of the output terminal of the inductor L2 of the secondary floor.
  • the input terminal of the inductance L1 of the primary stage is fed via a switch S1 to the voltage source Uin.
  • the switch S1 thus makes it possible to chop the voltage of the source Uin.
  • FIG. 2 shows this converter during a first phase called charging phase.
  • the switch S1 is closed while the switches S2 and S2a are open.
  • the current from the source Uin loads the inductance L1. It also charges, through the decoupling capacitance C2a, inductance L2.
  • Figure 3 shows the converter of Figure 2 in a second phase called discharge phase.
  • the switches S1, S2 and S2a switch simultaneously to move from their positions shown in Figure 2 to the positions of Figure 3.
  • the switch S1 is then in the open position while the switches S2 and S2a are in the closed position.
  • the inductance L1 then supplies current first to the capacitor C1 but also, via the switch S2a which is in the closed position, to the secondary stage. In this second stage of the current is thus provided by the inductance L2, and also by L1, to the capacitor C2.
  • the switching frequency is adapted to the voltage Vouti that one wishes to obtain.
  • the voltage Vout2 is then substantially twice the voltage Vouti.
  • two DC voltages Vouti and Vout2 are obtained without the use of a transformer.
  • the switches used are, for example, MOSTEC switches (also known by the English name "MOSFET switch”).
  • Figure 4 shows how it is possible to obtain a third output voltage Vout3.
  • the references of Figures 2 and 3 are repeated to designate similar elements.
  • FIG. 4 there is the primary stage and the secondary stage of Figures 2 and 3.
  • a second secondary stage, or third stage, with an output voltage Vout3 is realized.
  • the structure of this third stage is the replica of the structure of the second stage with respect to the primary stage.
  • a decoupling capacitor C3a mounted in series with an inductor L3 having an input terminal, located on the capacitance side of decoupling 1 C3a and an output terminal.
  • the decoupling capacitor C3a is mounted between the input terminals of the inductor L1 and the inductor L3.
  • a switch S3a mounted between the output terminal of the inductor L2 and the input terminal of the inductor L3.
  • a capacitor C3 is mounted for its part between the output terminals of the inductance L3 and the inductance L2 of the lower stage. Finally a resistor R3 is mounted between the ground and the output terminal of the inductor L3. The output voltage Vout3 corresponds to the voltage of the output terminal of the inductance L3.
  • the desired supply voltages are not necessarily multiples of a base voltage.
  • the invention also makes it possible to obtain a voltage Vout2 different from 2 * Vout1.
  • the decoupling capacitor C2a can be replaced by another electronic component.
  • the decoupling capacitors Cna make it possible to decouple each secondary stage from the mass when the switch S2 of the primary stage is closed.
  • This decoupling function can be obtained using, for example, a diode or a transistor.
  • the embodiment of FIG. 5 thus shows a diagram in which the decoupling capacitors Cna have been replaced by diodes Dn (D2 and D3). In such an arrangement, the diodes induce a voltage drop and an output voltage Vout2 of less than 2 * Vout1 is then obtained. Similarly, the output voltage Vout3 is less than 3 * Vout1. It is thus clearly apparent that the output voltages of the various stages of a converter according to the invention can be adapted.
  • the converters described above make it possible to have multiple staged output voltages and to use linear voltage regulators having a small voltage drop between their input and their output (drop of voltage also called “dropout"). Thus, little heat is dissipated while still enjoying a precise diet and quality. Note in particular the absence of a significant residual ripple such as that obtained with conventional switching power supplies.
  • the invention also makes it possible to obtain a cheap converter. It should be noted that only one servocontrol circuit is necessary whereas in the multi-stage devices of the prior art a servo circuit per stage is provided.
  • the use of a single servo circuit also has another advantage. Since only one switching frequency is used, the electromagnetic radiation of the circuit is limited. This radiation is thus easy to filter which has a certain advantage for the device power supply such as a radio receiver.
  • the structure of the converters described makes it possible to avoid voltage crossovers. Indeed Voutn always remains lower than Vout (n + 1). Thus, even during the start and stop phases, the ratio between the different output voltages is maintained.
  • a converter according to the invention may have the desired output number (two, three, four or more) without requiring very significant extra cost.
  • the stability of the output voltages of the secondary stages depends on the regulation of the output voltage of the primary stage.
  • the components of the secondary stages also affect the stability of the output voltages of the secondary stages. It is then possible to use a system, such as for example a divider, for the outputs of the secondary stages.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Ce convertisseur continu-continu (CDC) présente plusieurs étages (En) et est alimenté à partir d'une source de tension primaire (Uin). Il comporte des moyens inductifs de stockage d'énergie électrique, des premiers moyens de hachage de la tension primaire, des moyens de commutation associés à chaque étage (En) du convertisseur (CDC), ainsi que des moyens de commande (RG) pour les moyens de hachage et de commutation (SW). La tension de référence de chaque étage (E2, E3) du convertisseur (CDC) correspond à la tension de sortie de l'étage inférieur (El, E2), le premier étage (El) ayant une première tension de référence telle par exemple une masse. Les moyens de commutation associés aux étages (En) du convertisseur sont commandés à la même fréquence.

Description

Convertisseur continu-continu à plusieurs sorties
La présente invention concerne un convertisseur continu-continu à plusieurs sorties.
Dans le domaine de l'électronique, il peut être nécessaire de disposer de plusieurs tensions d'alimentation différentes alors qu'une seule batterie de tension donnée est disponible. C'est par exemple le cas pour un autoradio ou un système de navigation dans un véhicule automobile. L'autoradio, par exemple, est alimenté par la batterie du véhicule qui délivre une tension donnée, qui est actuellement de l'ordre de 12V. Toutefois, les divers systèmes à l'intérieur de l'autoradio requièrent des tensions d'alimentation distinctes, par exemple 3, 3V, 5V, 8V et 8,5V. Une solution classique pour obtenir des tensions d'alimentation multiples à partir d'une même source utilise des régulateurs linéaires. Toutefois, dans des systèmes de puissance élevée (comme par exemple les autoradios actuels) cette solution provoque des chutes de tension à des courants élevés et nécessite donc de prévoir une dissipation thermique importante qui est incompatible avec des exigences de fiabilité, de faible encombrement et de coût réduit.
Il est aussi connu d'utiliser, dans un système nécessitant plusieurs tensions d'alimentation à partir d'une même source, un convertisseur continu-continu. Un tel convertisseur fonctionne sur le principe du découpage de la tension de la source pour obtenir les tensions d'alimentation souhaitées. Le document EP-1 429 222 décrit un tel convertisseur n'utilisant pas de transformateur intermédiaire. Le dispositif décrit dans ce document comporte un premier interrupteur découpant un courant de charge d'une inductance et d'un condensateur et un second interrupteur est manœuvré en opposition de phase avec le premier pour permettre la recirculation du courant de l'inductance. Le réglage fin de la tension de sortie est réalisé par un circuit d'asservissement agissant sur la fréquence de commutation des interrupteurs. Le convertisseur décrit dans ce document de l'art antérieur ne présente cependant qu'une seule tension de sortie.
Le document WO-02/03534 révèle quant à lui un convertisseur continu- continu présentant plusieurs tensions de sortie. Le dispositif décrit dans ce document utilise une même inductance pour tous les étages de sortie. Chacun de ces étages comporte un interrupteur de découpage et un circuit d'asservissement complexe est prévu pour commander chacun de ces interrupteurs à une fréquence, ou à un rapport cyclique, qui lui est propre.
Le dispositif décrit dans ce dernier document est d'un coût de revient élevé, du fait notamment de la présence des commutateurs pilotés individuellement. En outre, compte tenu des nombreuses fréquences de commutation utilisées, ce dispositif présente un rayonnement délicat à éliminer.
La présente invention a alors pour but de fournir un convertisseur continu- continu à plusieurs sorties, plus simple, et donc plus facile à réaliser que les dispositifs de l'art antérieur. De préférence, un tel convertisseur présente un rayonnement électromagnétique facile à éliminer.
A cet effet, l'invention propose un convertisseur continu-continu à plusieurs étages à partir d'une source de tension primaire comportant des moyens inductifs de stockage d'énergie électrique, des premiers moyens de hachage de la tension primaire, des moyens de commutation associés à chaque étage du convertisseur ainsi que des moyens de commande pour les moyens de hachage et les moyens de commutation.
Selon l'invention, la tension de référence de chaque étage du convertisseur correspond à la tension de sortie de l'étage inférieur, le premier étage ayant une première tension de référence telle par exemple une masse, et les moyens de commutation associés aux étages du convertisseur sont commandés simultanément et à la même fréquence.
Dans un tel convertisseur, tous les étages sont commandés à une même fréquence. De ce fait, l'asservissement de ce dispositif est simplifié puisqu'un seul dispositif de commande est nécessaire, indépendamment du nombre d'étages du convertisseur. En outre, puisqu'une seule fréquence de commutation est utilisée, le rayonnement électromagnétique du convertisseur est limité et peut facilement être filtré. Un convertisseur selon l'invention est de ce fait bien adapté au domaine des autoradios. Il trouve toutefois également des applications dans d'autres domaines techniques.
Dans une première forme de réalisation, les premiers moyens de hachage de la tension primaire comportent un commutateur qui est en position fermée lorsque les moyens de commutation associés aux étages du convertisseur sont en position ouverte et inversement. Le convertisseur présente alors un fonctionnement en deux phases : une première phase de charge des moyens inductifs et une seconde phase de décharge de ces moyens inductifs. Une forme de réalisation préférée d'un convertisseur selon l'invention prévoit que ce dernier comporte un premier étage et des étages secondaires, que chaque étage comporte une inductance, et que l'inductance du premier étage est directement reliée à la source de tension primaire par les moyens de hachage. Dans cette forme de réalisation, les moyens de commutation associés à un étage secondaire sont par exemple disposés entre la sortie de l'inductance de l'étage inférieur et l'entrée de l'inductance de l'étage. Dans cette même forme de réalisation, on peut aussi prévoir que chaque étage secondaire comporte des moyens de découplage en parallèle avec l'inductance de l'étage correspondant de manière à découpler cet étage secondaire de la tension de référence du premier étage. A titre d'exemples, ces moyens de découplage d'un étage secondaire comportent une capacité de découplage ou bien une diode. Dans une variante de réalisation d'un convertisseur continu-continu selon l'invention, celui-ci comporte par exemple également un régulateur linéaire en sortie de chacun des étages.
La présente invention concerne également un dispositif d'alimentation en tension d'un appareil électronique et/ou un système électronique, caractérisés en ce qu'ils comportent un convertisseur continu-continu tel que décrit ci-dessus.
Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit, faite en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels :
La figure 1 est un schéma de principe montrant un convertisseur à trois étages selon l'invention, La figure 2 est un schéma électrique d'un convertisseur continu-continu selon l'invention à deux étages dans un premier état de commutation,
La figure 3 représente le convertisseur de la figure 2 dans un second état de commutation,
La figure 4 est un schéma électrique d'un convertisseur continu-continu selon l'invention à trois étages, et
La figure 5 est un schéma électrique d'une variante de réalisation du convertisseur de la figure 4.
La figure 1 représente schématiquement un convertisseur CDC de type continu-continu présentant une tension d'entrée Uin et fournissant trois tensions de sortie Vouti , Vout2 et Vout3. Chacune de ces sorties alimente un régulateur de tension linéaire, respectivement VR1 , VR2 et VR3. Ce convertisseur CDC comporte trois étages de conversion E1, E2 et E3, des moyens de hachage et de commutation SW ainsi qu'un circuit d'asservissement RG commandant notamment les moyens de hachage et de commutation SW. Comme on peut le voir sur la figure 1 , le premier étage E1 , ou étage primaire, est relié à la masse. Sa tension de sortie Vouti est définie par rapport à cette masse. Les autres étages de conversion E2, E3 ont quant à eux comme tension de référence la tension de sortie de l'étage inférieur. Ainsi l'étage de conversion E2 a comme tension de référence Vouti tandis que l'étage de conversion E3 a comme tension de référence Vout2. Le circuit d'asservissement RG régule la commutation des moyens de hachage et de commutation SW en fonction de la tension de sortie Vouti de l'étage primaire E1.
Le convertisseur CDC de la figure 1 comporte trois étages. Un convertisseur selon l'invention peut toutefois comporter un nombre d'étages différents. Il peut comporter deux étages (comme représenté sur les figures 2 et 3) ou bien un nombre plus important d'étages (quatre ou plus).
La description ci-après est faite en référence aux figures 2 et 3 qui représentent un convertisseur à deux étages, c'est-à-dire la forme de réalisation "élémentaire" d'un convertisseur selon l'invention.
On reconnaît sur les figures 2 et 3 un étage primaire et un étage secondaire. L'étage primaire comporte une inductance L1 , un condensateur C1 , une résistance R1 et un interrupteur S2. Le condensateur C1 est monté entre la masse et une borne, appelée borne de sortie, de l'inductance L1. La résistance R1 est montée en parallèle aux bornes de C1. L'interrupteur S2 est quant à lui monté entre l'autre borne de l'inductance L1 , ou borne d'entrée de l'inductance L1 , et la masse.
L'étage secondaire comporte quant à lui une inductance L2, un condensateur C2, une résistance R2, un interrupteur S2a ainsi qu'une capacité de découplage C2a.
La capacité de découplage C2a est montée en série avec l'inductance L2. La borne de l'inductance L2 se trouvant du côté de la capacité de découplage C2a est appelée borne d'entrée de l'inductance L2. L'autre borne de l'inductance L2 est appelée borne de sortie de l'inductance L2. La capacité de découplage C2a est montée entre les bornes d'entrée des inductances L1 et L2. L'interrupteur S2a est quant à lui monté entre la borne de sortie de l'inductance L1 et la borne d'entrée de l'inductance L2. La capacité C2 est montée entre les bornes de sortie des inductances L1 et L2 tandis que la résistance R2 est montée entre la borne de sortie de l'inductance L2 et la masse.
De même que la tension de sortie Vouti correspond à la tension à la borne de sortie de l'inductance L1 , la tension de sortie Vout2 de l'étage secondaire correspond à la tension de la borne de sortie de l'inductance L2 de l'étage secondaire. La borne d'entrée de l'inductance L1 de l'étage primaire est alimentée par l'intermédiaire d'un interrupteur S1 à la source de tension Uin. Le commutateur S1 permet ainsi de réaliser le hachage de la tension de la source Uin.
Le fonctionnement de ce convertisseur est décrit ci-après. La figure 2 montre ce convertisseur au cours d'une première phase appelée phase de charge. Au cours de cette phase de charge, l'interrupteur S1 est fermé tandis que les interrupteurs S2 et S2a sont ouverts. Comme il ressort de la figure 2, au cours de cette phase de charge, le courant en provenance de la source Uin charge l'inductance L1. Il charge également, à travers la capacité de découplage C2a, l'inductance L2.
La figure 3 montre le convertisseur de la figure 2 dans une seconde phase appelée phase de décharge. Les interrupteurs S1 , S2 et S2a commutent simultanément pour passer de leurs positions représentées sur la figure 2 aux positions de la figure 3. L'interrupteur S1 est alors en position ouverte tandis que les interrupteurs S2 et S2a sont en position fermée. L'inductance L1 fournit alors du courant tout d'abord au condensateur C1 mais également, par l'intermédiaire de l'interrupteur S2a qui est en position fermée, à l'étage secondaire. Dans ce second étage du courant est ainsi fourni par l'inductance L2, et aussi par L1 , au condensateur C2.
La fréquence de commutation est adaptée à la tension Vouti que l'on souhaite obtenir. Dans le convertisseur représenté sur les figures 2 et 3, la tension Vout2 est alors sensiblement le double de la tension Vouti . On obtient ainsi à partir de la tension de la source Uin deux tensions continues Vouti et Vout2 sans utilisation de transformateur.
Les interrupteurs utilisés sont par exemple des commutateurs MOSTEC (connus également sous le nom anglais "MOSFET switch").
La figure 4 montre comment il est possible d'obtenir une troisième tension de sortie Vout3. Sur cette figure, les références des figures 2 et 3 sont reprises pour désigner des éléments semblables.
Dans la forme de réalisation de la figure 4, on retrouve l'étage primaire et l'étage secondaire des figures 2 et 3. Un second étage secondaire, ou troisième étage, avec une tension de sortie Vout3 est réalisé. La structure de ce troisième étage est la réplique de la structure du second étage par rapport à l'étage primaire. Ainsi, on retrouve dans ce troisième étage une capacité de découplage C3a montée en série avec une inductance L3 comportant une borne d'entrée, se situant du côté de la capacité du découplage1 C3a et une borne de sortie. La capacité de découplage C3a est montée entre les bornes d'entrée de l'inductance L1 et de l'inductance L3. On retrouve ici également un interrupteur S3a monté entre la borne de sortie de l'inductance L2 et la borne d'entrée de l'inductance L3. Un condensateur C3 est monté quant à lui entre les bornes de sortie de l'inductance L3 et de l'inductance L2 de l'étage inférieur. Enfin une résistance R3 est montée entre la masse et la borne de sortie de l'inductance L3. La tension de sortie Vout3 correspond à la tension de la borne de sortie de l'inductance L3.
Il est inutile de reprendre ici dans le détail le fonctionnement de ce convertisseur. Il correspond au fonctionnement du convertisseur des figures 2 et 3. On trouve ici une tension de sortie Vout2 valant sensiblement le double de la tension de sortie Vouti tandis que la tension de sortie Vout3 correspond sensiblement au triple de la tension de sortie Vouti .
Dans les systèmes électroniques, les tensions d'alimentation souhaitées ne sont pas forcément des multiples d'une tension de base. L'invention permet aussi d'obtenir une tension Vout2 différente de 2*Vout1. On peut par exemple remplacer la capacité de découplage C2a par un autre composant électronique.
Les capacités de découplage Cna permettent de découpler chaque étage secondaire de la masse lorsque l'interrupteur S2 de l'étage primaire est fermé. Cette fonction de découplage peut être obtenue à l'aide par exemple d'une diode ou d'un transistor. La forme de réalisation de la figure 5 montre ainsi un schéma dans lequel les capacités de découplage Cna ont été remplacées par des diodes Dn (D2 et D3). Dans un tel montage les diodes induisent une chute de tension et on obtient alors une tension de sortie Vout2 inférieure à 2*Vout1. De même la tension de sortie Vout3 est inférieure à 3*Vout1. Il ressort ainsi clairement que l'on peut adapter les tensions de sortie des divers étages d'un convertisseur selon l'invention.
Les convertisseurs décrits ci-dessus permettent de disposer de multiples tensions de sortie étagées et d'utiliser des régulateurs de tension linéaires présentant une faible chute de tension entre leur entrée et leur sortie (chute de tension appelée également "dropout"). Ainsi, peu de chaleur est à dissiper tout en bénéficiant malgré tout d'une alimentation précise et de qualité. On remarque notamment l'absence d'une ondulation résiduelle importante telle celle obtenue avec des alimentations à découpage classiques.
Peu d'énergie sous forme de chaleur devant être dissipée, il est inutile de prévoir des radiateurs de taille importante. L'invention permet ainsi de réaliser des économies en terme de poids, d'encombrement et de coût. On remarque également que les convertisseurs décrits n'utilisent pas de transformateurs. Ceci contribue également à cette économie de poids, d'encombrement et de coût.
L'invention permet également d'obtenir un convertisseur bon marché. On remarque en effet qu'un seul circuit d'asservissement est nécessaire alors que dans les dispositifs multi-étagés de l'art antérieur un circuit d'asservissement par étage est prévu.
L'utilisation d'un seul circuit d'asservissement présente également un autre avantage. Etant donné qu'une seule fréquence de commutation est utilisée, le rayonnement électromagnétique du circuit est limité. Ce rayonnement est ainsi facile à filtrer ce qui présente un avantage certain pour l'alimentation de dispositif tel un récepteur radio. La structure des convertisseurs décrits permet d'éviter des croisements de tension. En effet Voutn reste toujours inférieur à Vout(n+1). Ainsi, même lors des phases de démarrage et d'arrêt, le rapport entre les différentes tensions de sortie est conservé.
Il apparaît également à l'homme du métier que la structure d'un convertisseur continu-continu selon l'invention permet un fonctionnement même lorsque la tension de la source d'entrée Uin est inférieure à la tension de sortie la plus élevée souhaitée (c'est-à- dire Vout3 dans le cas des figures 4 et 5).
Comme déjà indiqué plus haut, un convertisseur selon l'invention peut présenter le nombre de sortie souhaitée (deux, trois, quatre ou plus) sans nécessiter de surcoût très important.
La stabilité des tensions de sortie des étages secondaires dépendent de la régulation de la tension de sortie de l'étage primaire. Bien entendu, les composants des étages secondaires influent également sur la stabilité des tensions de sortie des étages secondaires. Il est alors possible d'utiliser un système, tel par exemple un diviseur, pour les sorties des étages secondaires.
La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci- dessus à titre d'exemples non limitatifs. Elle concerne également toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1. Convertisseur continu-continu (CDC) à plusieurs étages (En) à partir d'une source de tension primaire (Uin) comportant :
- des premiers moyens de hachage (S1) de la tension primaire,
- des moyens inductifs (Ln) de stockage d'énergie électrique, et des moyens de commutation (S2, S2a, S3a) associés à chaque étage (En) du convertisseur (CDC),
- des moyens de commande (RG) pour les moyens de hachage (S1) et les moyens de commutation (S2, S2a, S3a), lesdits moyens de commutation (S2, S2a, S3a) associés aux étages (En) du convertisseur étant commandés simultanément et à la même fréquence, l'inductance (L1) du premier étage étant directement reliée à la source de tension primaire (Uin) par les moyens de hachage (S1), le premier étage (E1) ayant une première tension de référence telle par exemple une masse, la tension de référence de chaque étage (E2, E3) du convertisseur (CDC) correspond à la tension de sortie de l'étage inférieur (E1 , E2), caractérisé en ce que les moyens de commutation (S2a, S3a) associés à un étage secondaire (E2, E3) sont disposés entre la sortie de l'inductance (L1 , L2) de l'étage inférieur (E1 , E2) et l'entrée de l'inductance (L2, L3) de l'étage (E2, E3).
2. Convertisseur continu-continu selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les premiers moyens de hachage de la tension primaire comportent un commutateur (S1) qui est en position fermée lorsque les moyens de commutation (S2, S2a, S3a) associés aux étages (En) du convertisseur sont en position ouverte et inversement.
3. Convertisseur continu-continu selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque étage secondaire (E2, E3) comporte des moyens de découplage (C2a, C3a) en parallèle avec l'inductance (L2, L3) de l'étage (E2, E3) correspondant de manière à découpler cet étage secondaire de la tension de référence du premier étage (E1).
4. Convertisseur continu-continu selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de découplage d'un étage secondaire (E2, E3) comportent une capacité de découplage (C2a, C3a).
5. Convertisseur continu-continu selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de découplage d'un étage secondaire (E2, E3) comportent une diode (D2, D3).
6. Convertisseur continu-continu selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un régulateur linéaire (VRn) en sortie de chacun des étages (En).
7. Dispositif d'alimentation en tension d'un appareil électronique, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur continu-continu (CDC) selon l'une des revendications 1 à 6.
8. Système électronique, notamment autoradio, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur continu-continu (CDC) selon l'une des revendications 1 à 6.
PCT/EP2005/012348 2004-11-23 2005-11-18 Convertisseur continu-continu a plusieurs sorties Ceased WO2006056363A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112005000731T DE112005000731T5 (de) 2004-11-23 2005-11-18 Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler mit mehreren Ausgängen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0412403 2004-11-23
FR0412403A FR2878382B1 (fr) 2004-11-23 2004-11-23 Convertisseur continu-continu a plusieurs sorties

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006056363A1 true WO2006056363A1 (fr) 2006-06-01

Family

ID=34951276

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2005/012348 Ceased WO2006056363A1 (fr) 2004-11-23 2005-11-18 Convertisseur continu-continu a plusieurs sorties

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE112005000731T5 (fr)
FR (1) FR2878382B1 (fr)
WO (1) WO2006056363A1 (fr)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2934439B1 (fr) * 2008-07-25 2010-08-27 Continental Automotive France Dispositif convertisseur continu-continu
DE102009052461A1 (de) * 2009-11-09 2011-05-26 Sma Solar Technology Ag Wechselrichter-Schaltungsanordnung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5886508A (en) * 1997-08-29 1999-03-23 Computer Products, Inc. Multiple output voltages from a cascaded buck converter topology
US6522113B1 (en) * 2001-12-06 2003-02-18 Texas Instruments Incorporated Synchronous coupled inductor switching regulator with improved output regulation

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3316251A1 (de) * 1983-05-04 1984-11-08 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Schaltungsanordnung zur gleichspannungswandlung
JP2003088101A (ja) * 2001-07-04 2003-03-20 Fuji Electric Co Ltd 自動車搭載用ｄｃ−ｄｃコンバータ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5886508A (en) * 1997-08-29 1999-03-23 Computer Products, Inc. Multiple output voltages from a cascaded buck converter topology
US6522113B1 (en) * 2001-12-06 2003-02-18 Texas Instruments Incorporated Synchronous coupled inductor switching regulator with improved output regulation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BETTEN J: "ADD AN AUXILIARY VOLTAGE TO A BUCK REGULATOR", EDN ELECTRICAL DESIGN NEWS, CAHNERS PUBLISHING CO. NEWTON, MASSACHUSETTS, US, vol. 47, no. 24, 31 October 2002 (2002-10-31), pages 108, XP001143015, ISSN: 0012-7515 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR2878382A1 (fr) 2006-05-26
DE112005000731T5 (de) 2008-04-03
FR2878382B1 (fr) 2008-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3403872B1 (fr) Système de chargeur électrique pour véhicule électrique ou hybride
EP0903839B1 (fr) Régulateur de tension
EP2989717A1 (fr) Procede et dispositif de commande d'un convertisseur multiphase courant continu-courant continu a resonance, et convertisseur multiphase correspondant
EP2258036B1 (fr) Dispositif de commande d'une alimentation a decoupage dc dc, du type a n voies entrelacees
EP3682525B1 (fr) Chargeur de vehicule comprenant un convertisseur dc/dc
FR2913827A1 (fr) Dispositif de filtrage actif pour une alimentation de puissance
EP3939152A1 (fr) Convertisseur de puissance isole et reconfigurable
EP3381114B1 (fr) Systeme modulaire de conversion d'une puissance electrique continue en puissance electrique triphasee
US8779677B2 (en) Circuit arrangement and method for operating a light source, in particular, a light-emitting diode
EP3576268B1 (fr) Circuit électronique d'alimentation
FR2878382A1 (fr) Convertisseur continu-continu a plusieurs sorties
EP1276159B1 (fr) Dispositif de commande d'un actuateur piezo-électrique et son procédé de mise en oeuvre
EP1522700A2 (fr) Circuit élévateur de tension de commande de tension pour actionneur piezo-électrique d'une valve d'injection
FR3059276A1 (fr) Dispositif combine de charge d'une batterie et d'alimentation electrique d'une machine electrique
WO2019053369A1 (fr) Chargeur de vehicule comprenant un convertisseur dc/dc
EP1873896B1 (fr) Dispositif de conversion électrique, convertisseur et alimentation électrique sans interruption comportant un tel dispositif
FR2802723A1 (fr) Dispositif d'alimentation electrique a plusieurs niveaux de tension continue de sortie a base de batteries connectees en serie
FR2497421A1 (fr) Circuit regulateur a decoupage non inverseur de tension
FR3039934A1 (fr) Procede de gestion de l’alimentation electrique d’un vehicule automobile
WO2016001545A1 (fr) Convertisseur de tension comprenant un circuit convertisseur a résonnance
FR2964515A1 (fr) Circuit de commande des interrupteurs commandables d'un hacheur
FR3005806B1 (fr) Circuit et procede pour ameliorer l'utilisation de la capacite d'un circuit intermediaire d'un reseau electrique embarque dans un vehicule automobile
FR2973601A1 (fr) Circuit electrique destine a equiper un vehicule automobile et permettant d'alimenter un reseau de bord sensible
FR3096936A1 (fr) Dispositif electrique multifonction ameliore pour vehicule automobile electrique ou hybride
FR2934439A1 (fr) Dispositif convertisseur continu-continu

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KN KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV LY MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1120050007316

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 05807837

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

RET De translation (de og part 6b)

Ref document number: 112005000731

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20080403

Kind code of ref document: P

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8607