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DES
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2 N
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2515386A1
Family ID 29182881
Probable Assignee Kollmorgen Tech Corp
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title CIRCUIT D'ALIMENTATION ELECTRIQUE A AMPLIFICATEUR DE COURANT
NOTAMMENT POUR MOTEUR ELECTRIQUE
Abstract
_________________________________________________________________
L'INVENTION CONCERNE LES CIRCUITS D'ALIMENTATION D'UNE CHARGE
ELECTRIQUE.
ELLE SE RAPPORTE A UN CIRCUIT DANS LEQUEL UNE CHARGE 22 RECOIT DE
L'ENERGIE SOUS LA COMMANDE D'UN CIRCUIT 34 QUI COMPORTE UN TRANSISTOR
38 QUI EST MIS A L'ETAT DE SATURATION OU A L'ETAT DE NON-CONDUCTION
PAR DES IMPULSIONS RECTANGULAIRES PROVENANT D'UN AMPLIFICATEUR
LINEAIRE 32 RECEVANT LUI-MEME LES IMPULSIONS D'UN CIRCUIT MODIFICATEUR
26. CE DERNIER FORME DES IMPULSIONS QUI, A LEURS FLANCS ANTERIEUR ET
POSTERIEUR, ONT DES POINTES QUI ASSURENT UNE TRANSITION RAPIDE ENTRE
LES ETATS DE CONDUCTION ET DE NON-CONDUCTION.
APPLICATION AUX CIRCUITS D'ALIMENTATION DES MOTEURS ELECTRIQUES.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne les amplifica-
teurs electriques et plus precisement un amplificateur
lineaire de courant destine a amplifier un signal rectan-
gulaire de pilotage d'une charge non-lineaire ayant un etage
amplificateur saturable. Les amplificateurs d'alimentation de charge,
tels qu'un moteur electrique, comportent souvent des etages
d'amplification a transistors pilotes entre des etats de saturation ou
de conduction du courant, et de coupure ou de non-conduction du
courant L'energie transmise a
la charge est suffisamment intense pour que, si une quan-
tite comparable d'energie etait dissipee dans l'etage amplificateur a
transistors precedant immediatement la
charge, cet etage serait surchauffe et tomberait en panne.
Pendant un etat de saturation et pendant un etat de non-
conduction, une quantite minimale d'energie est dissipee dans un
transistor De cette maniere, les amplificateurs
qui utilisent des transistors en mode commute, c'est-
a-dire commutant entre les etats de saturation et de non-
conduction, peuvent appliquer la quantite elevee d'energie a la charge
sans que le transistor dissipe une quantite excessive de chaleur Le
signal resultant applique a la charge a ainsi la forme d'une onde
rectangulaire ou d'un signal a format numerique Les amplitudes des
impulsions
de la succession d'impulsions du signal sont toutes egales.
La variation d'energie transmise a la charge est obtenue par
modulation par impulsions de largeur variable du signal
rectangulaire afin que le coefficient d'utilisation cor-
responde a la quantite voulue d'energie qui doit etre transmise a la
charge Un circuit d'alimentation d'une charge comprend par exemple, en
plus de l'amplificateur, un oscillateur qui forme un signal
rectangulaire, une source d'un signal analogique dont l'amplitude
indique le coefficient necessaire d'utilisation, et un modulateur a
impulsions de largeur variable qui est commande par le signal
analogique et module la duree des impulsions du signal rectangulaire
afin qu'il donne le coefficient necessaire d'utilisation La frequence
de repetition des
impulsions du signal transmis a la charge est bien supe-
rieure a la reponse en frequence des circuits de la charge,
c'est-a-dire a la frequence de coupure du circuit inductif d'un moteur
ou a la frequence de coupure du circuit capa- citif d'une charge
capacitive Ainsi, la charge filtre le train d'impulsions du signal et
extrait un courant ou une tension egal a la valeur moyenne du signal
Comme cette valeur moyenne est proportionnelle au coefficient
d'utilisation, la charge recoit la quantite voulue d'energie.
On construit en general, en plus de l'etage qui precede immediatement
la charge, d'autres etages a
l'aide de circuits a transistors dans lesquels le transis-
tor est commute entre des etats de saturation et de non-
conduction, afin d'economiser l'energie dans l'ensemble de
l'amplificateur Ainsi, on a realise des amplificateurs
de ce type ayant des transistors montes en serie et fonc-
tionnant en mode commute Un tel circuit est avantageux car il reduit
la dissipation d'energie par les transistors et permet ainsi
l'utilisation de transistors moins couteux ayant une puissance plus
faible Cependant, l'utilisation d'une serie de circuits a transistors
en mode commute pour le pilotage d'un transistor en mode commute
precedant immediatement la charge et pour le pilotage d'autres
circuits
non-lineaires presente un certain nombre d'irregularites.
L'utilisation d'un circuit serie comprenant
des transistors en mode commute et des resistances limi-
tant le courant pour la formation du courant de pilotage
de l'etage amplificateur a transistor precedant immedia-
tement la charge pose aussi un probleme Un etage ampli-
cateur a transistor a mode commute, constituant un exemple de circuit
saturable de pilotage precedant immediatement la charge, necessite un
courant positif de base afin que la saturation soit induite et
entretenue L'intensite de ce courant positif de base doit etre un
pourcentage
fixe du courant voulu de collecteur dans l'etage de pilo-
tage a transistor saturable afin que le fonctionnement en mode commute
soit bien efficace La simple utilisation de resistances limitant le
courant empeche un reglage precis du transistor de pilotage a
saturation, en fonction des conditions changeantes depilotage, ces
conditions comprenant notamment des changements de la temperature
du circuit de pilotage, des variations du courant de col-
lecteur, des fluctuations de tension et les chutes de tension dans les
resistances chutrices d'emetteur lors d'un fonctionnement de pilotage
en parallele, a titre
purement illustratif.
Un autre probleme est du au fait qu'une serie de circuits a transistor
en mode commute ne permet pas
la preservation du temps de monteeet du temps de des-
cente respectivement aux flancs anterieur et posterieur de chaque
impulsion du signal rectangulaire module En consequence, les temps de
montee et de descente sont de plus en plus longs, a chaque etage
d'amplification, et
le signal rectangulaire est ainsi modifie et devient tra-
pezoldal L'etage d'amplification qui precede la charge presente donc
des periodes dans lesquelles le transistor
n'est ni a saturation ni a l'etat non-conducteur Le chauf-
fage resultant est excessif et s'oppose aux avantages
du fonctionnement en mode commute Les tentatives de solu-
tion du probleme pose par l'utilisation de transistors a reponse plus
rapide qui peuvent mieux conserver des courts temps de montee et de
descente sont indesirables etparfois inapplicables en pratique etant
donne le cout relativement
eleve qu'elles impliquent.
L'invention permet la resolution des problemes precites et l'obtention
d'avantages supplementaires, par
mise en oeuvre d'un circuit de pilotage d'une charge elec-
tric qui comprend un premier circuit pilote, un second circuit pilote
destine a commander la charge et pilote
lui-meme par le premier circuit pilote, ce premier cir-
cuit pilote comportant un amplificateur a pente lineaire destine a
transmettre un courant d'intensite predeterminee a la borne d'entree
du second circuit pilote, ce second circuit pilote comprenant un
dispositif qui est saturable a un degre qui depend de l'intensite du
courant applique par la borne d'entree et qui est destine a
transmettre de l'energie a la charge Le circuit de pilotage comprend
un premier circuit pilote lineaire et un second circuit pilote non
lineaire Le circuit pilote lineaire commande
le circuit pilote non lineaire afin qu'il transmette l'ener-
gie a une charge Par exemple, le circuit pilote non
lineaire comporte un transistor fonctionnant en mode com-
mute entre les etats de saturation et de non-conduction;
cependant, le circuit pilote peut comporter un autre com-
posant fonctionnant d'une maniere non lineaire, tel qu'un
amplificateur magnetique ayant un noyau saturable reactif.
Les deux circuits pilotes lineaire et non lineaire sont
commandes par un signal de pilotage ayant une forme rectan-
gulaire et qui est module par sa largeur L'amplitude
du signal de pilotage a une valeur predeterminee, neces-
saire a la mise a un etat correspondant de saturation, par exemple un
etat de saturation imminente, moderee ou
poussee, dans le circuit pilote non lineaire.
Par exemple, dans le cas d'un transistor, la
saturation imminente designe la partie de la caracteris-
tic dans laquelle le gain force du transistor est reduit
mais dans laquelle le courant de base est encore suf-
fisamment faible pour que la capacite efficace-de la jonc-
tion base-emetteur ne subisse pas une variation importante.
Ainsi, une faible tension apparait aux bornes de la paire
emetteurcollecteur et peu d'energie est dissipee dans le transistor En
outre, la reponse du transistor ne subit qu'un changement minimal Au
contraire, dans le cas d'une saturation poussee, une charge importante
est conservee dans la jonction base-emetteur avec une aug-
mentation correspondante de la capacite de la jonction
et une reduction de la reponse en frequence du transistor.
L'etat de saturation imminente necessite un reglage precis de
l'intensite du courant de base puisque, a la suite d'une rduction du
courant de base, la saturation n'existe plus alors que, lors d'une
augmentation du courant de base,
la saturation, de moderee, devient poussee.
Dans un mode de realisation avantageux de l'in-
vention, le circuit pilote non linaire contient un tran-
sistor qui fonctionne en mode commute entre des etats de
saturation imminente et de non-conduction Le circuit pi-
lote linaire transmet un signal sous forme d'un train d'im-
pulsions, sous forme modulee par impulsions de largeur
variable, ayant une valeur moyenne proportionnelle a l'am-
plitude d'un signal de commande qui designe la quantite d'energie a
transmettre a la charge La borne de sortie
du circuit pilote lineaire est couplee a la base du tran-
sistor afin qu'elle lui transmette un courant de base.
Le declenchement des impulsions du courant de base fait apparaitre un
etat de saturation dans le transistor La terminaison de l'impulsion de
courant fait apparaitre un
etat de non-conduction dans le transistor Selon l'inven-
tion, le circuit pilote lineaire contient un amplificateur a pente
lineaire et a reaction dans lequel une mesure de l'intensite du
courant de sortie est renvoyee et est ajoutee a une tension d'entree
du signal afin que le courant de
base transmis au transistor ait une intensite proportion-
nelle a celle du signal d'entree Ce dernier a une forme d'onde
rectangulaire modulee par impulsions de largeur
variable Le courant transmis a la base a une forme rec-
tangulaire, avec une modulation identique par impulsions de largeur
variable L'amplificateur lineaire a un etage
de sortie couple symetriquement entre les sources de ten-
sions positive et negative afin qu'il puisse transmettre
a la fois un courant de valeur positive et de valeur nega-
tive pour le pilotage de transistors TNP et NPN, le sens de
circulation du courant dependant du signe de la-tension
de pilotage d'entree Un circuit est avantageusement in-
corpore afin qu'il regle l'intensite des impulsions de
courant ainsi que l'intensite du courant entre les impul-
sions et regle ainsi avec precision les etats de saturation et de
nonconduction De cette maniere, le coefficient d'utilisation, la forme
d'onde et l'intensite du courant de base sont regles avec precision,
et independamment d'effets quelconques associes aux etats de
saturation ou
de non-conduction du transistor.
Selon une caracteristique importante de l'inven- tion, le circuit
pilote lineaire a une puissance et une largeur de bande suffisantes
pour qu'il reproduise les temps de montee et de descente de chaque
impulsion de la
forme d'onde modulee par impulsions de largeur variable.
Ces temps de montee et de descente qui sont reproduits apparaissent
dans les impulsions de courant du signal de commande transmis au
transistor a mode commute du circuit
pilote non lineaire Ainsi, dans le transistor a mode com-
mute, les transitions entre les etats de saturation et de
non-conduction sont executees avec precision afin
qu'elles donnent l'energie moyenne voulue et avec une rapi-
dite suffisante pour que le transistor ne subisse pas un echauffement
excessif L'utilisation d'un circuit pilote
lineaire a la place d'une serie de circuits pilotes a tran-
sistor a saturation, resout ainsi les problemes d'echauf-
fement et de distorsion de la forme d'onde, presentes par
une serie de circuits pilotes a saturation.
Un circuit conformateur d'impulsiorsest avanta-
geusement place en amont de l'amplificateur a pente line-
aire afin qu'il introduise une pointe au flanc-anterieur, au debut de
chaque intervalle a saturation et de chaque intervalle de
non-conduction, afin que la forme d'onde du courant de base soit
amelioree et permette une reduction des temps de commutation vers un
etat et vers l'autre du
courant de saturation dans le transistor Les pointes re-
sultantes du courant de base compensent les effets de ca-
pacite et de stockage de charge dans le transistor et per-
mettent des transitionsplus rapides dans un etat compris entre
les etats de saturation et de non-conduction.
Bien qu'on utilise avantageusement le circuit indique precedemment
pour le pilotage de diverses charges ayant des caracteristiques
electriques differentes, on
peut utiliser un circuit simplifie selon l'invention lors-
que celui-ci doit etre utilise pour le pilotage d'une
charge n'ayant qu'un seul jeu de caracteristiques elec-
tric predeterminees Par exemple, lorsque l'intensite du courant, la
tension et l'impedance de la charge sont prereglees et qu'il n'est pas
prevu d'utiliser le circuit pour le pilotage d'une autre charge, dans
un tel mode de
realisation, la grande facilite du circuit precite a trans-
mettre des courants d'intensites differentes a des charges
ayant des impedances differentes n'est pas necessaire.
Ainsi, une grande partie du circuit decrit precedemment peut etre
remplacee par un circuit moins couteux ayant
un nombre nettement plus faible de composants electriques.
Ce circuit simplifie, dans ce mode de realisation de l'in-
vention, a un circuit de pilotage a transistors comple-
mentaires dans lequel le courant de base est transmis par
deux diodes de Zener et un circuit electronique de commuta-
tion Ce dernier commande le circuit de pilotage de type complementaire
afin qu'il transmettre alternativement des impulsions positive et
negative de courant au circuit
pilote non lineaire De cette maniere, le circuit de reac-
tion et le circuit conformateur du mode de realisation precite de
l'invention peuvent etre supprimes si bien que la complexite des
circuits electroniques et leur cout sont
nettement reduits.
D'autres caracteristiques et avantages de l'in-
vention ressortiront mieux de la description qui va suivre,
faite en reference aux dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est
un schema en partie sous forme de diagramme synoptique, d'un circuit
selon l'invention; la figure 2 est un graphique representant les etats
de saturation d'un transistor;
la figure 3 est un schema electrique d'un cir-
cuit conformateur d'impulsions du circuit de la figure 1;
la figure 4 est un schema electrique d'une va-
riante de circuit pilote non lineaire de la figure 1, representant des
transistors montes en parallele;
la figure 5 est un schema electrique d'une va-
riante sous forme d'un circuit simplifie d'excitation d'un circuit
pilote non lineaire de la figure 1; et la figure 6 est un schema
electrique du circuit de la figure 1 comportant en outre un circuit
conformateur
d' impulsions.
La figure 1 represente un circuit 20 selon l'in-
vention destine a transmettre de l'energie electrique a
une charge 22 en fonction d'un signal de commande prove-
nant d'une source 24 de signaux Selon l'invention, le circuit 20
comprend un circuit 26 destine a modifier le format d'un signal
analogique transmis par une ligne 28
de sortie de la source 24 en un signal module par impul-
sions de largeur variable transmis par la ligne 30 Le
circuit 20 comporte en outre un amplificateur a pente li-
neaire 32 et un circuit pilote saturable 34 qui trans-
mettent les signaux modules par impulsions de largeur va-
riable du circuit modificateur 26 a la charge 22.
Selon une caracteristique de l'invention, le second circuit pilote 34
fonctionne en mode non lineaire
alors que l'amplificateur 32 forme le premier circuit pi-
lote et fixe une relation lineaire entre l'intensite du courant de
sortie transmis par la ligne 36 et l'intensite de la tension d'entree
transmise a l'amplificateur 32 par
la ligne 30 Par exemple, le circuit pilote 34 est re-
presente avec un exemple de circuit qui comporte un tran-
sistor 38 et deux diodes 40 qui sont montees en serie aux bornes de la
jonction base-emetteur du transistor 38 et qui sont polarisees en sens
oppose a celui de la jonction base-emetteur Des impulsions de courant
du signal module
transmis par la ligne 36 parviennent a la base du tran-
sistor 38 A chaque apparition d'une impulsion de courant
dans la ligne 36, le transistor 38 passe a saturation.
Apres la fin de chaque impulsion de courant de la ligne 36, le
transistor 38 est commute et passe a un etat de non-conduction De
cette maniere, une quantite minimale d'energie se dissipe dans le
transistor 38 alors qu'une quantite maximale d'energie parvient a la
charge 22 Cette derniere est par exemple un enroulement de stator d'un
moteur, cet enroulement etant represente schematiquement sous forme
d'une self 42 et d'une resistance 44 montees en serie entre les bornes
d'emetteur et de collecteur du
transistor 38 avec une source d'energie electrique repre-
sentee sous forme d'une batterie d'accumulateurs 46 La
caracteristique lineaire de fonctionnement de l'amplifica-
teur 32 assure une poursuite precise, par les flancs ante-
rieur et posterieur du courant de pilotage de base du tran-
sistor 38, des flancs correspondants du signal pulse de la ligne 30 De
cette maniere, les transitions entre les etats de saturation et de
nonconduction sont rapides et reduisent au minimum l'energie dissipee
dans le transistor 38. Comme l'indique le graphique 48 represente dans
le cadre du circuit modificateur 26, la courbe superieure correspond a
la ligne 30 et represente la forme d'onde d'un exemple de signal
module par impulsions de largeur variable La seconde courbe du
graphique 48 represente une forme d'onde filtree idealisee du courant
circulant dans la charge 22 alors que la troisieme courbe represente
la forme d'onde d'un exemple de signal de commande transmis par la
source 24 par l'intermediaire de la ligne 28 Par
exemple, la source 24 comporte un potentiometre non repre-
sente et une batterie d'accumulateurs non representee per-
mettant une variation manuelle de la tension analogique de la ligne 28
en fonction de la forme d'onde representee sur la troisieme courbe du
graphique 48 La frequence de repetition du train d'impulsions de la
ligne 30 est de
preference au moins deux a trois fois superieure a la fre-
quence de coupure d'un filtre forme par la charge, ce fil-
tre comprenant la self 42 et la resistance 44, afin que les impulsions
de courant soient filtrees par la charge 22 De cette maniere, le
courant circulant dans la charge 22 est proportionnel a la valeur
moyenne d'une sequence
d'impulsions de courant transmises par la ligne 36 et pro-
venant de l'amplificateur 32.
Le circuit modificateur 26 comporte un generateur d'ondes
rectangulaires, un modulateur 52 par impulsions de largeur variable,
et un circuit conformateur 54 destine a transmettre le signal module
par impulsions de largeur
variable par la, ligne 30 en fonction du signal de com-
mande de la ligne 28 Le generateur 50 transmet une se-
quence d'ondes rectangulaires de meme duree au modulateur 52 Celui-ci,
en fonction de la tension du signal de la ligne 28, fait varier la
duree des impulsions successives,
proportionnellement a l'amplitude de la tension de la li-
gne 28 De cette maniere, le coefficient d'utilisation du signal pulse
a la borne de sortie du modulateur 52 ainsi que le coefficient
d'utilisation du signal pulse de la ligne 30, sont proportionnels a la
tension du signal de commande transmis par la ligne 28 Le circuit
conformateur
54, comme decrit dans la suite du present memoire en refe-
rence a la figure 2, comprend un circuit limiteur destine
a fixer l'amplitude du signal pulse a une valeur predeter-
minee et il peut aussi comporter un circuit destine a trans-
mettre une pointeau flanc anterieur de chaque impulsion afin qu'il
accroisse la vitesse de transition entre les etats de saturation et de
non-conduction dans le circuit
pilote 34.
L'amplificateur 32 formant le premier circuit pilote comporte cinq
resistances 57 a 61, deux transistors et 66, et un amplificateur
operationnel 68 La resistance 57 transmet le signal d'entree transmis
par la ligne 30
a la borne d'entree negative de l'amplificateur operation-
nel 68 La resistance 58 relie la borne positive de l'am-
plificateur 68 a la masse Le signal d'entree transmis
par la ligne 30 varie entre des tensions positive et nega-
tive de meme amplitude reperees par les references +A et -A sur le
graphique 48, le courant de sortie transmis par la ligne 36 variant de
maniere analogue entre des valeurs egales de crete du courant positif
et negatif Il faut
noter au contraire que le courant circulant dans le col-
lecteur du transistor 38, en fonction-du courant transmis par la ligne
36 est unidirectionnel uniquement parce que le transistor 38 ne
conduit pas pendant la circulation d'un courant negatif dans la ligne
36 Ce courant negatif qui circule est transmis a partir de la masse a
la ligne 36 par la diode 40 Les emetteurs des transistors 65 et 66
sont relies l'un a l'autre afin qu'ils permettent un
pilotage symetrique entre les tensions +V et -V, celles-
ci etant appliquees de maniere classique La borne de sor-
tie de l'amplificateur 68 transmet le courant de base aux transistors
65 et 66 L'excursion de tension a la borne
de sortie de l'amplificateur 68 et les excursions des in-
tensites du courant circulant dans les transistors 65 et 66 sont
suffisamment faibles pour que l'amplificateur 68 et les transistors 65
et 66 ne fonctionnent qu'en mode lineaire. Une caracteristique de
l'invention porte sur l'utilisation des deux resistances de reaction
59, 60 qui
sont reliees aux bornes negative et positive de l'amplifi-
cateur operationnel 68 Les resistances 57 et 58 ont des valeurs egales
et, de meme, les resistances 59 et 60 ont des valeurs egales La
tension renvoyee par la resistance
59, depuis une premiere borne de la resistance 61, dif-
fere de la tension renvoyee par la resistance 60 et pro-
venant de l'autre borne de la resistance 61, d'une dif-
ference de tensionegale a la chute de tension dans la re-
sistance 61 Celle-ci a une valeur relativement faible par rapport a
celles des resistances 57 a 60, afin qu'elle puisse constituer une
resistance de mesure de courant dans laquelle la chute de tension aux
bornes est proportionnelle
a la valeur de l'intensite du courant dans la ligne 36.
Les valeurs relativement elevees des resistances 59 et
evitent le retour a la borne d'entree de l'amplifica-
teur 68 d'un courant autre que negligeable dans la ligne
36 La resistance 61 qui est montee en serie avec l'impe-
dance d'entree du circuit pilote 34, joue le role d'une impedance
d'emetteur pour les circuits des transistors et 66 Etant donne le
couplage de la chute de tension dans la resistance 61 aux bornes
d'entree differentielles
de l'amplificateur 68, la tension de sortie de cet amplifi-
cateur est pilotee avec une amplitude et un sens tels que le courant
dans la ligne 36 doit suivre avec precision la forme d'onde de la
tension du signal de la ligne 30 a la borne d'entree de
l'amplificateur a pente lineaire 32 Ainsi, le courant dans la ligne 36
suit lineairement la forme d'onde de tension de la ligne 30 pour
toutes les valeurs de la tension dans cette ligne, la relation
lineaire
etant obtenue grace au fonctionnement precite de l'amplifi-
cateur 68 et les transistors 65 et 66 dans leurs plages de
fonctionnement lineaire.
Au contraire, le fonctionnement non lineaire precite du second circuit
pilote assure la circulation d'un courant dans le collecteur 38
uniquement pendant les
periodes de saturation de celui-ci, ce transistor 38 ces-
sant de conduire pendant les parties negatives de la forme d'onde de
la premiere courbe du graphique 48 Pendant les periodes dans
lesquelles le transistor 38 ne conduit pas, le courant circulant dans
la self 42 passe en derivation
autour du transistor 38, dans une diode 70 La valeur lis-
see du courant de la charge, decrite precedemment en refe-
rence a la seconde courbe du graphique 48, represente ainsi
la valeur moyenne d'une sequencede parties positives uni-
quement de la forme d'onde de la premiere courbe du gra-
phic 48 Comme le courant de pilotage de base est ap-
plique au transistor 38 par un amplificateur lineaire, l'amplificateur
32, les etats de saturation du transistor
38, apparaissant successivement, sont regles avec preci-
sion, independamment des variations de temperature ou de
tension dans le circuit pilote 34.
Le graphique de la figure 2 represente la rela-
tion entre la tension collecteur-emetteur et l'etat de
saturation, en fonction du courant de base En particu-
lier, on note que, dans les etats de saturation poussee, l'intensite
du courant de base peut varier beaucoup sans
variation tres importante de la tension collecteur-emetteur.
Cependant, a la saturation imminente, une reduction rela-
* tivement faible de l'intensite de base supprime l'etat de saturation
avec une augmentation rapide de la tension
collecteur-emetteur Ainsi, le reglage precis de l'in-
tensite du courant, assure par l'amplificateur a pente lineaire, est
essentiel au fonctionnement du circuit selon l'invention. On se refere
maintenant a la figure 3 sur laquelle le circuit conformateur
d'impulsions 54 recoit le signal module par impulsions de largeur
variable par une ligne 72, en provenance du modulateur 52, et forme un
signal de sortie module par impulsions de largeur variable par une
ligne 30 comme decrit en reference au graphique de la figure 1 Le
circuit conformateur 54 permet le reglage de l'amplitude du signal
pulse de la ligne 30 a une valeur
predeterminee, avec conservation du coefficient d'utilisa-
tion de la modulation par impulsions de largeur variable.
En outre, le circuit conformateur 54 forme une pointe au flanc
anterieur de chaque impulsion de la ligne 30 afin que le
fonctionnement du circuit pilote 34 de la figure
1 soit meilleur.
Le circuit conformateur 54 comporte un isolateur optique ou optron 74
et trois amplificateurs operationnels 77, 78 et 79 L'isolateur optique
74 comporte deux diodes 81, 82, une resistance 84 et un transistor 86
Les diodes 81 et 82 sont des photodiodes couplees optiquement par des
rayons lumineux 88, la diode 81 emettant les rayons lumineux 88 a
l'apparition de chaque impulsion positive dans la ligne 72 alors que
la diode 82 est commandee par chaque apparition des rayons lumineux 88
et transmet alorsun courant de base au tansistor 86 Celui-ci est
commande par deux sources de tensions +V et -V, representees a titre
illustratif sous forme de batteriesd'accumulateurs 91, 92.
Lors du fonctionnement, l'optron 74 forme un signal rectangulaire
transmis par la ligne 94 et ayant
le meme coefficient d'utilisation que le signal rectan-
gulaire de la ligne 72, le signal de la ligne 94 etant represente pres
de celle-ci par le graphique 96 A chaque apparition d'une impulsion
lumineuse, le transistor est mis a saturation, le courant de
collecteur de ce transistor circulant dans le circuit serie comprenant
la resistance 84 et les deux batteries 91 et 92 d'accumulateurs qui
sont reliees par la borne de masse A la fin de l'impulsion lumineuse,
la diode 82 interrompt la circulation du courant de base vers le
transistor 82 et met ainsi celui-ci a l'etat de non-conduction Ainsi,
la tension au collecteur alterne
entre les valeurs +V et -V par rapport a la masse En con-
sequence, le signal rectangulaire de la ligne 94 a une amplitude
limitee par les tensions des batteries 91 et 92 d'accumulateurs De
cette maniere, l'optron 74 assure une double fonction d'isolement du
niveau de la tension dans le circuit conformateur 54 par rapport au
niveau de
tension apparaissant dans le modulateur 52, et de limita-
tion des amplitudes positive et negative du signal rec-
tangulaire de la ligne 94.
L'amplificateur 77 a un gain unite grace au cir-
cuit 98 de reaction, la construction de ces etages ampli-
ficateurs de gain unite etant bien connue De cette ma-
nere, l'amplificateur 77 assure l'isolement de l'impe-
dance qui permet la preservation de la forme d-'onde du
signal de la ligne 94 avec cependant-une quantite suffi-
sante d'energie pour que les etages suivants du circuit
conformateur 54 soient alimentes.
L'amplificateur 78 a un circuit de reaction com-
prenant une resistance 100 montee entre la borne de sortie de
l'amplificateur 78 et-sa borne negative d'entree Cette derniere borne
de cet amplificateur est reliee a la borne de sortie de
l'amplificateur 77 par la combinaison d'un
condensateur 102 et d'une resistance 104 montes en paral-
lele L'entree positive de l'amplificateur 78 est reliee a la masse Le
gain de l'amplificateur 78 est fixe d'apres
le rapport des valeursdes resistances 100 et 104 La capa-
cite du condensateur 102 est choisie afin que la constante de temps
due au condensateur 102 et aux resistances 100 et 104 soit bien
inferieure a la duree d'une impulsion
du signal rectangulaire de la ligne 94 L'effet du con-
densateur 102 est la formation d'un depassement temporaire ou d'une
"pointe" au flanc anterieur de chaque impulsion
positive et au flanc anterieur de chaque impulsion nega-
tive Le depassement est represente par les graphiques 106 et 108
representant les signaux aux bornes de sortie des amplificateurs 77 et
78 La forme d'onde du graphique 108 represente la pointe alors que,
sur le graphique 106,
la pointe n'est pas presente.
L'amplificateur 79 a un circuit de reaction com-
prenant un potentiometre 110 monte entre la sortie de l'am-
plificateur 79 et sa borne d'entree negative Cette der-
niere borne est reliee par une resistance 112 a la sortie de
l'amplificateur 78 Une extremite du potentiometre 110 est reliee au
contact glissant afin que la resistance du circuit de reaction varie
On sait que le gain de l'etage amplificateur depend du rapport de la
resistance de reaction
formee par le potentiometre 110 a la valeur de la resis-
tance 112 De cette maniere, l'amplificateur 79 est uti-
lise comme etage d'amplification a gain variable dans le-
quel l'amplitude voulue du signal module par impulsions de largeur
variable, transmis par la ligne 30, -est reglee a une valeur
predeterminee par reglage du potentiometre Comme l'indique la figure
1, l'amplitude du signal de la ligne 30 est choisie d'apres les
caracteristiques en courant du transistor 38 et du circuit pilote 34,
une
amplitude plus grande du signal de la ligne 30 etant choi-
sie pour des transistors necessitant un courant de base relativement
intense destine a provoquer la saturation alors qu'une amplitude
relativement faible du signal de la ligne 30 est choisie pour des
transistors utilisant
un courant de base relativement faible pendant la satura-
tion En consequence, pendant le fonctionnement, l'effet limiteur de
l'optron 74 en combinaison avec la selection du gain amplificateur 79
assure l'application d'un courant de base d'intensite optimale par
l'amplificateur a pente
lineaire 32 (figure 1) au transistor 78 afin qu'il pro-
voque ainsi la mise alternee aux etats de saturation et de
non-conduction Le condensat 102 qui precede l'amplifi- cateur 78
(figure 3) introduit les pointes de tension aux flancs anterieurs des
impulsions (voir graphique 48 de
la figure 1), ces pointes etant transformees par l'ampli-
ficateur 32 en pointes de courant qui reduisent les temps
de transition entre les etats de saturation et de non-
conduction dans le transistor 38 (figure 1) du second cir-
cuit pilote 34 La forme d'onde eu signal forme par le circuit
conformateur 54 est preservee par la linearite de l'amplificateur 32
qui provoque un couplage maximal
de l'energie du circuit pilote non lineaire 34 par l'in-
-termediaire de la charge 22, avec reduction au minimum de la quantite
d'energie dissipee dans le circuit pilote 43.
Le circuit conformateur d'impulsions 54 est avan-
tageusement muni d'un circuit destine a decaler la valeur du signal de
la ligne 30 pendant les intervalles compris entre les impulsions
successives, si bien qu'il apparait
un decalage correspondant du courant dans la ligne 36 (fi-
gure 1) a la borne de sortie de l'amplificateur 32 De cette maniere,
la coupure du courant dans le circuit du collecteur du transistor peut
etre realisee par application
d'un courant nul a la base du transistor 38 Dans une va-
riante, un courant positif ou negatif de valeur relati-
vement faible (par rapport a l'intensite de l'impulsion
de courant) peut etre applique a la base afin que la cir-
culation du courant de collecteur soit interrompue, la valeur etant
choisie en fonction des caracteristiques du
transistor utilise dans le circuit pilote 34.
Le circuit de decalage est realise par addition
d'une tension de decalage, par l'intermediaire d'une resis-
tance 114, au signal couple par la resistance 112 a l'entree negative
de l'amplificateur 79 Le circuit de decalage
comporte un potentiometre 116 monte en serie avec des re-
sistances 118 et 120 entre les tensions +V et -V des bat-
teries d'accumulateurs 91 et 92 La resistance 114 est reliee a la
borne centrale du potentiometre 116 afin que, lors du reglage du
potentiometre 116 au decalage voulu, la resistance 114 combine la
tension voulue de decalage
a la tension du signal de la resistance 112 L'amplifi-
cateur 102 transforme alors la tension de decalage en cou-
rant de base d'intensite voulue pour le transistor 38.
La figure 4 represente un second circuit pilote 34 A qui est une
variante du circuit pilote 34 decrit en reference a la figure 1 Le
circuit 34 A qui differe du
circuit 34, comporte plusieurs transistors montes en pa-
rallele, trois transistors 38 etant representes a titre illustratif,
et des resistances 122 d'emetteur sont montees
entre les emetteurs correspondants et la batterie 46 d'ac-
cumulateurs Les diodes 40 sont montees en serie entre la connexion des
trois bases et la borne negative de la batterie 46 d'accumulateurs, et
la diode 70 est montee
entre la connexion des trois collecteurs et la borne posi-
tive de la batterie 46, correspondant aux connexions des
diodes 40 et 70 de la figure 1 Le fonctionnement du cir-
cuit pilote 34 A correspond a celui du circuit pilote 34.
Cependant il faut noter que, selon l'invention etant donne
l'intensite predeterminee des impulsions de courant ap-
pliquees par la ligne 36 en provenance del'amplificateur 32, les
transistors 38 sont facilement proteges contre des courants excessifs
en cas de variation des parametres
des transistors respectifs 38, simplement grace aux resis-
tances 122 La valeur des resistances est choisie de ma-
niere qu'elle soit sensiblement egale a la resistance base-
emetteur d'un transistor, et de maniere qu'elle donne une chute de
tension d'environ 0,5 V dans les resistances 122, pendant la
saturation des transistors 38, la valeur reelle de la tension variant
entre les transistors 38 en fonction des differences entre les
parametres de maniere que des
etats uniformes de saturation soient obtenus.
La figure 5 represente une variante simplifiee
d'un circuit selon l'invention qui peut etre avantageuse-
ment utilise pour l'alimentation du second circuit pilote
34 de la figure 1 lorsque la grande souplesse de fonction-
nement du circuit de la figure 1 n'est pas necessaire. Cette variante
de circuit 130 de la figure 5 comprend,
en serie, le circuit conformateur d'impulsions 54 et l'ampli-
ficateur a pente lineaire 32 de la figure 1 Le circuit est ainsi monte
entre la ligne 72 et les bornes d'entree
du circuit pilote 34.
Le circuit 130 comporte les deux photodiodes 81, 82 de l'optron
reliees par des rayons lumineux 88, le
transistor 86 et la resistance 84 deja decrits en refe-
rence a la figure 3 Le circuit 130 comporte en outre un circuit
complementaire de sortie destine a transmettre un courant par la ligne
36 de sortie, ce circuit pouvant
comprendre deux transistors 65 A, 66 A qui ont un fonction-
nement analogue a celui decrit en reference aux transis-
tors 65 et 66 de la figure 1.
Le courant de base destine aux deux transistors A et 66 A est transmis
par un jeu de deux transistors 133, 134 qui sont montes sous forme
complementaire, leurs
collecteurs etant relies par des resistances 137, 138 res-
pectivement aux bases des transistors 65 A, 66 A La con-
nexion de ces transistors differe de celle des'transistors et 66 de la
figure 1 car les collecteurs des transistors A et 66 A sont relies
l'un a l'autre et a la ligne 36 de sortie Le courant d'emetteur
destine aux transistors A et 66 A est transmis par des resistances
141, 142 qui recoivent les tensions +V et -V respectivement Des diodes
de Zener 145 et 146 sont montees entre les bases des tran-
sistors 65 A et 66 A et les tensions +V et -V Les emetteurs des
transistors 133 et 134 sont a la masse La base du transistor 133 est
directement reliee au collecteur du
transistor 86 alors que la base du transistor 134 est re-
liee par une resistance 148 au collecteur du transistor 86.
En consequence, lors du fonctionnement, lorsqu'un 1 9 signal pulse
apparait dans la ligne 72, le transistor 86
transmet un signal pulse tel que represente par le gra-
phic 96 de la figure 3, par l'intermediaire de la ligne, aux bases des
transistors 133 et 134 Le transistor 133 est d'un type NPN alors que
le transistor 134 est du type PNP Ainsi, en presence d'une impulsion
positive dans la ligne 150, le transistor 133 est mis a l'etat
conducteur
alors que le transistor 134 est mis a l'etat non conducteur.
De maniere analogue, en presence d'une impulsion negative dans la
ligne 150, le transistor 133 est mis a un etat
non-conducteur et le transistor 134 est mis a un etat conduc-
teur La resistance 148 du circuit de base du transistor 134 a une
valeur relativement faible, par exemple 1,5 ohm, afin qu'elle egalise
les effets du pilotage des bases des deux transistors, par exemple
lorsque le transistor 133
est du type 2 N 3904 et le transistor 134 2 N 3906.
Lorsqu'on compare les circuits des figures 5 et 1, on note que la
resistance 61 de l'amplificateur 32 n'existe pas dans le circuit de la
figure 5 Cependant,
la regulation du courant est obtenue pour chacun des tran-
sistors 65 A et 66 A par le circuit de reaction comprenant la
resistance 141 et la diode de Zener 145, reliees par la jonction
base-emetteur du transistor 65 A, et par le circuit de reaction
comprenant la resistance 142 et la diode de Zener 146, reliees par la
jonction base-emetteur
du transistor 66 A Les resistances 141 et 142 qui ont cha-
cune une valeur de 2 ohms fixent aussi le point de fonc-
tionnement pour la jonction base-emetteur des transistors A et 66 A.
Le transistor 65 A est mis dans un etat lineaire de conduction
partransmission du courant de base par le
transistor 133 par l'intermediaire de la resistance 137.
La conduction du transistor 65 A se termine a la fin de la conduction
du transistor 133 De meme, l'excitation du transistor 134 provoque la
transmission d'un courant
de base au transistor 66 A par l'intermediaire de la resis-
tance 138 Les diodes de Zener 145 et 146 jouent aussi le role de
circuits ecreteurs qui obligent les transistors A et 66 A a rester en
mode de conduction lineaire Les valeurs choisies pour les iodes de
Zener 145 et 146 et la resistance ohmique choisie pour les resistances
141 et 142 determinent essentiellement l'intensite du courant regule
lineairement dans la ligne 36 et qui commande le
circuit pilote 34 a saturation Etant donne le fonction-
nement alterne en mode lineaire des transistors 65 A et 66 A, le
circuit 130 a une largeur de bande relativement
grande et une reponse relativement rapide De cette ma-
niere, le circuit 130 peut commander efficacement le cir-
cuit pilote 34 de la figure 1 afin que la charge 22 soit alimentee.
La figure 6 represente un circuit 131 qui com-
prend le circuit 130 de la figure 5 et, en outre, un reseau
conformateur qui comporte deux selfs 200 et 201 et deux condensateurs
202 et 203 Les selfs 200 et 201 sont montees en serie avec les diodes
145 et 146 Les condensateurs 202 et 203 sont montes en parallele avec
les resistances 137 et 138 respectivement Le reseau conformateur
introduit
un depassement ou une pointe de courant aux flancs ante-
rieur et posterieur des impulsions de la forme d'onde de courant dans
la ligne 36, comme l'indique le graphique
206 place a cote du circuit 131 La forme d'onde represen-
tee par ce graphique 206 est avantageuse pour l'alimenta-
tion d'une charge ayant une impedance inductive d'entree.
Les valeurs de l'inductance et de la capacite des selfs
, 201 et des condensateurs 202, 203 respectivement peu-
vent etre determinees experimentalement d'apres l'impe-
dance de la charge 22 &#x003C;figure 1) refletee par l'interme-
diaire du circuit pilote 34.
Il est bien entendu que l'invention n'a ete de-
crite et representee qu'a titre d'exemple preferentiel et qu'on pourra
apporter toute equivalence technique dans ses elements constitutifs
sans pour autant sortir de son cadre.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Circuit d'alimentation d'une charge electrique,
caracterise en ce qu'il comporte un premier circuit pi-
lote, un second circuit pilote ( 34) destine a alimenter la charge et
pilote lui-meme par le premier circuit pi-
lote, ce dernier comportant un amplificateur a pente li-
neaire ( 32) destine a transmettre un courant d'intensite
predeterminee a la borne d'entree du second circuit pilote, ce dernier
( 34) comprenant un dispositif ( 38) qui peut
etre sature d'une valeur dependant de l'intensite du cou-
rant transmis a la borne d'entree et qui est destine a
transmettre de l'energie a la charge ( 22).
2 Circuit selon la revendication 1, caracterise en ce qu'il comporte
en outre un dispositif -( 26) relie a l'amplificateur ( 32) et destine
a former un courant pulse tel que l'intensite des impulsions du
courant est egale
a l'intensite predeterminee.
3 Circuit selon la revendication 2, caracterise en ce que le
dispositif d'application d'energie comprend
un transistor ( 38).
4 Circuit selon la revendication 2, caracterise en ce que le
dispositif d'application d'energie comprend
une reactance magnetique.
Circuit selon la revendication 2, caracterise en ce que le dispositif
d'application d'energie comporte
plusieurs circuits a transistor montes en parallele, cha-
cun de ces circuits comprenant un transistor ( 38) et une resistance (
122) reliee a l'emetteur du transistor, la
valeur de la resistance etant sensiblement egale a la re-
sistance du circuit base-emetteur du transistor afin que les
differences entre les parametres des transistors des circuits, pendant
la saturation sous l'action du courant
applique aux transistors par l'amplificateur, soient com-
pensees.
6 Circuit selon l'une quelconque des revendica-
tions 3 a 5, caracterise en ce que le dispositif d'appli-
cation d'energie est pilote entre le niveau predetermine de saturation
et un etat de coupure du courant par les impulsions de courant afin
que l'energie transmise a la
charge 122) soit commandee par tout ou rien.
7 Circuit selon la revendication 2, caracterise en ce que le premier
circuit pilote ( 32) comporte en outre
un dispositif de reglage de l'intensite du courant appli-
quee a ladite borne afin qu'un niveau predetermine de sa-
turation soit etabli dans le dispositif d'application
d'energie l 38) du second circuit pilote.
8 Circuit selon la revendication 7, caracterise en ce que le
dispositif de reglage comprend un reseau de
resistances et un circuit de reaction.
9 Circuit selon l'une quelconque des revendica-
tions 1 a 8, caracterise en ce qu'il comprend un dispositif ( 24, 52)
destine a mettre le signal de pilotagesous forme d'impulsions afin que
la quantite d'energie appliquee par le circuit pilote relie a
l'amplificateur lineaire varie de facon repetee, le dispositif de
formation des impulsions repetees comprenant en outre un dispositif (
54) relie a la borne d'entree de l'amplificateur et destine a
maintenir
l'intensite des impulsions du signal d'entree a une inten-
site predeterminee.
Circuit selon la revendication 9, caracterise
en ce que le dispositif ( 54) destine a maintenir l'inten-
site comprend un dispositif de selection d'une intensite correspondant
a un degre predetermine de saturation du
circuit pilote.
11 Circuit selon la revendication 10, caracterise en ce que
l'amplificateur ( 32) comporte un dispositif ( 61) de mesure du
courant du signal de pilotage, et un dispositif ( 60) relie au
dispositif de mesure et destine a renvoyer une tension qui est
proportionnelle a ce courant et qui
est destinee a etre ajoutee au signal d'entree.
12 Circuit selon la revendication 10, caracterise
en ce que le second circuit pilote ( 34) a en outre un se-
cond element qui peut etre sature a un degre qui depend de l'intensite
du courant du signal de pilotage applique, et chacun des elements est
untransistor, le courant du signal de pilotage transmis par le premier
circuit pilote
etant transmis par les jonctions base-emetteur des tran-
sistors respectifs et etant divise parmi ces transistors, l'energie
destinee a la charge etant transmise par les
collecteurs des transistors respectifs, chacun des tran-
sistors ayant une resistance reliee a son circuit d'emet-
teur et destinee a compenser la difference entre les pa-
rametres des transistors lorsqu'ils sont mis a saturation
par ledit courant.
13 Circuit selon l'une quelconque des revendications
9 A 12, caracterise en ce que le dispositif de formation d'impulsions
comprend une source d'impulsions electriques ( 24) et un circuit
modulateur par impulsions de largeur variable ( 52) destine a moduler
la largeur des impulsions electriques afin qu'il fasse varier la
valeur moyenne de
l'energie appliquee a la charge.
14 Circuit selon la revendication 13, caracterise
en ce que le dispositif de formation d'impulsions com-
prend un circuit ( 74) destine a limiter l'amplitude des impulsions.
Circuit selon la revendication 13, caracterise
en ce que le dispositif de formation d'impulsions com-
porte un dispositif ( 78) destine a modifier la forme d'onde des
impulsions de la source d'impulsions afin que chaque impulsion
comporte une pointe a ses flancs anterieur et posterieur. 16 Circuit
d'alimentation electrique destine a un circuit a modulation par
impulsions de largeur variable
destine a alimenter une charge, ledit circuit etant carac-
terise en ce qu'il comprend un circuit pilote de charge ( 34) qui peut
etre sature a un degre predetermine afin
qu'il transmette de l'energie a la charge ( 22), et un dis-
positif ( 24, 26, 32) destine a saturer de facon repetee le circuit
pilote au degre predetermine de saturation, le dispositif de
saturation comprenant un premier circuit
pilote comportant un amplificateur lineaire ( 32) qui trans-
met un signal de sortie dont L'intensite est proportion-
nelle au signal d'entree de l'amplificateur, le signal de sortie etant
transmis a la borne d'entree du circuit
pilote de la charge.
17 Circuit selon la revendication 16, caracterise en ce que le circuit
pilote de la charge ( 34) comporte
un transistor ( 38), et l'amplificateur est un amplifica-
teur a pente lineaire ( 32) qui transmet au transistor un
courant de sortie qui met le transistor a l'etat de satura-
tion.
18 Circuit selon la revendication 17, caracterise en ce qu'il comprend
en outre un dispositif ( 26) relie a l'amplificateur ( 32) et destine
a modifier la forme d'onde d'un signal module par impulsions de
largeur variable du circuit par incorporation d'une pointeaux flancs
anterieur
et posterieur de chaque impulsion du signal module.
19 Circuit selon la revendication 16, caracterise en ce que le circuit
pilote de la charge ( 34) comporte plusieurs transistors ( 138) dont
les bases sont reliees a la borne d'entree du circuit pilote, les
emetteurs des transistors etant relies a un circuit de compensation a
resistances ( 122) destine a compenser les differences en-
tre les parametres des transistors lorsqu'ils sont a satu-
ration, et l'amplificateur ( 32) transmet un courant a la borne
d'entree du circuit pilote afin qu'il provoque la
saturation dans chacun des transistors.
Circuit d'alimentation destine a un circuit a modulation par
impulsions de largeur variable destine a la transmission d'energie a
une charge, caracterise en ce qu'il comporte un circuit pilote de
charge ( 34) destine a etre sature a un degre predetermine de
saturation afin
qu'il transmette de l'energie a la charge ( 22), et un dis-
positif ( 24, 26, 32) destine a mettre le circuit pilote
a un degre predetermine de saturation d'une maniere repe-
tee, ce dispositif de saturation comprenant un circuit de formation
d'impulsions ( 26) transmettant un signal de sortie d'intensite fixe
et ayant des impulsions de duree
variable en fonction du signal pulse d'entree du circuit.
21 Circuit selon la revendication 20, caracterise
en ce que le dispositif de saturation comporte un cir-
cuit complementaire a transistors ( 65, 66) destine a transmettre un
courant regule de sens qui alternent, au circuit pilote de charge (
34) 22 Circuit selon la revendication 21, caracterise en ce qu'il
comprend un jeu d'elements complementaires
( 133, 134) montes de maniere qu'ils commandent les tran-
sistors.
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