WO2001045242A1 - Method for controlling an ac-ac type electric power converter - Google Patents

Method for controlling an ac-ac type electric power converter Download PDF

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WO2001045242A1
WO2001045242A1 PCT/FR2000/003560 FR0003560W WO0145242A1 WO 2001045242 A1 WO2001045242 A1 WO 2001045242A1 FR 0003560 W FR0003560 W FR 0003560W WO 0145242 A1 WO0145242 A1 WO 0145242A1
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WO
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switch
current
state
voltage
switches
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Application number
PCT/FR2000/003560
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French (fr)
Inventor
Luc Raffestin
Original Assignee
Crouzet Automatismes
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.)
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/22Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M5/275Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc 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
    • H02M5/293Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc 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

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an electrical energy converter of the alternating-alternating type.
  • It also relates to a device for controlling such a converter for implementing the method.
  • It relates more particularly to the field of strong currents and / or high voltages.
  • the term "converter” must be understood in its most general sense. It generally relates to devices for supplying energy to a load of the inverter, chopper or so-called switching type.
  • the conversion is carried out by means of switches, generally of the semiconductor type, actuated sequentially by control signals, so as to "cut off" a primary supply voltage at the rate of the control signals.
  • the average energy supplied to a load supplied by such a converter depends in particular on the duty cycle, which will be called ⁇ , between the conduction periods and the blocking periods of the converter. We can therefore adjust this energy, and what is more, regulate it, precisely by playing on this duty cycle ⁇ .
  • PWM pulse width modulation
  • FIGS. 1A to 1 C schematically illustrate an example of such a device and explain its operation, in the case of a DC-DC converter
  • FIG. 1 C illustrates the evolution of the signal V c in relation to an arbitrary time axis t
  • the "IGBT” component in particular is very advantageous for high voltage power switching II combines the advantages of bipolar transistors, in particular low voltage drop in saturated state, and those of thy ⁇ stors and "MOS” components, in particular very good. voltage withstand and low consumption for the control signals It is therefore possible to control it in voltage To fix the ideas, in what follows, it will be considered, without this in any way limiting the scope of the invention, that the switches and "freewheeling" circuits are made from such components
  • FIG. 2 very schematically illustrates a simplified example of an ACV-AC converter according to the prior art , made from "IGBTs" components More precisely, it is an alternative bridge arm
  • the power source at the input Ve ⁇ of the alternative type supplies the impedance load Z, consisting of a resistor R and an inductive portion of impedance /, through a switch 1 in series with it.
  • the latter consists of a pair of "IGBT" components, 10 and 11, arranged head to tail, that is to say in anti-parallel association, which we will call IBB
  • the so-called “freewheeling” circuit must also be able to drive in both directions. It follows that it also consists of an IBB, referenced 2 consisting of two “IGBTs", 20 and 21. It is arranged as previously to load terminals Z, so that the inductive current can be looped back when it is conductive
  • the two IBBs are therefore arranged in cascade between terminals A and B of the alternating input voltage source V e _ with a common point, a terminal B, which is assumed to be connected to ground.
  • the IBBs, 1 and 2 are both controlled (therefore conductive), the power source V * - is short-circuited, since these IBBs are arranged in cascade and connected to the terminals of the voltage source V e - The current will increase violently through the two IBBs, 1 and 2, which can lead to their destruction or at least limit their lifespan This will also create significant disturbances on the network food
  • the invention therefore sets itself the aim of overcoming the problems encountered in the devices and systems of the known art and proposes a method of control of an alternating-alternating electrical energy converter using bi-controllable bidirectional switches
  • the method according to the invention allows transitions between the two operating states, conductive and blocked, of these bi-controllable bidirectional switches, eliminating the need for critical synchronization.
  • the direction of the current in the load supplied by the alternating-alternating electrical energy converter is determined and, from this determination, control signals are generated, so to selectively control bi-controllable bidirectional switches
  • the main object of the invention is therefore a method of controlling an electrical energy converter of the alternating-alternating type supplying a load impedance which may have an inductive component by an alternating voltage source through at least a first switch.
  • bidirectional bi-controllable said converter comprising a second bidirectional bi-controllable switch disposed at the terminals of said load, in cascade with said first switch, called “freewheel", so as to allow the looping of an inductive current in said impedance charging, said switches each comprising two one-way switches arranged head to tail, said method comprising the generation of sequences of control signals transmitted to said one-way switches of said first and second switches, so as to bring them alternately into a conductive state, during which said first switch is p assant and said second switch is blocked, and in a blocked state during which said first switch is blocked and said second switch is on, characterized in that it comprises the continuous determination of the direction of the current flowing in said load impedance, and, as a function of said direction of current, in that it comprises the following
  • step ai blocking of said switch turned in the direction opposite to the current of said first switch, b / during the transition from said blocked state to said conductive state - before step b1, blocking of at least said switch turned in the opposite direction to the current of said second switch
  • step a2 also striking of said switch (20-21) turned in the opposite direction to the current (l z ) of said second switch (2), and - after step b2, also striking of at least said switch (10-
  • FIGS. 1A to 1C illustrate schematically the principle and operation of a DC-DC converter provided with a so-called “freewheel” device, according to the prior art
  • - Figure 2 schematically illustrates a simplified example of an AC-AC converter implementing switches bidirectional bi-controllable, also incorporating a device called "freewheeling", according to known art
  • FIG. 3 illustrates a block diagram of a concrete embodiment of the control circuit of an AC-AC converter for implementing the method according to the invention
  • FIG. 4 illustrates an example of a circuit for determining the direction of current in the load supplied by the AC / AC converter, usable for the control circuit of FIG. 3
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the main signals used in the control circuit of FIG. 3.
  • the method of the invention does not require modifying the architecture of the circuits constituting the AC converter - alternative CONV itself, which constitutes an additional advantage. Only the control circuits of the controlled switching components or switches, in this case the "IGBTs" 10, 11, 20 and 21, must be specific in order to incorporate the provisions specific to the invention.
  • transition "conductive state to blocked state” transition "blocked state to conductive state”.
  • the priming of the "freewheel” IBB 2 in the direction of the current no longer risks creating a short circuit of the supply V e -, and can therefore be carried out in complete safety.
  • the "IGBT" 20 of the "freewheel” IBB 2 is started. Then, it is possible to deactivate the switching IBB 1 in the current direction, since the priming of the "freewheeling" IBB 2 in the current direction is already carried out, which prevents any risk of interruption. of current in the load, therefore the appearance of overvoltage. In the case of a current in "Direction 0", I "IGBT" 10 is blocked.
  • the system balances between two states characterized in that one of the BWIs is completely primed, while the other is totally blocked.
  • a variant of the method according to the invention is not to initiate the "IGBTs" opposite to the direction of the current. Indeed, these will not drive anyway.
  • the disadvantage of this variant of the method according to the invention is a delay when the direction of the current changes.
  • control circuit 4 is produced on the basis of a microprocessor or a microcontroller 40 or any similar information processing system
  • the reference circuit 40 comprises a microprocessor properly said and various circuits forming an interface, to carry out any necessary conversion of signals, in input and in output as well as circuits necessary for its good functioning clock etc, which have not been represented
  • the voltage + 5V can be supplied by supply circuits 41, themselves supplied, via a rectifier bridge consisting of two diodes, D A and D c , the anodes of which are connected to the above-mentioned terminals A and C.
  • the operating mode of the supply circuits 41 can be various static regulator, switching power supply, etc. The only constraint is to provide a voltage meeting the standards of the standard used for microprocessor 40, the power to be supplied being a priori low
  • the microprocessor 40 has an ⁇ input called "ON / OFF" by turning it on and off, and the circuits it controls
  • the microprocessor 40 can be used to generate the control signals of the "IGBTs" , 20, 21, 10 and 11, ie Vco, Va, V ⁇ and V m , respectively Indeed, in themselves, these signals are similar to those used in the known art, at least as far as characteristics such as for example their amplitudes or their shapes
  • the difference main relates to the pilot switching instants by a signal coming from the detection of the direction of the current IZ in the load Z
  • An additional input e 2 is provided receiving a sampling control signal, which will be called V PW M IF, for example, the aforementioned pulse width modulation method or "PWM" is used, the signal is developed, in a conventional manner in itself from the voltage which develops at the terminals of the charges Z (between the terminals A and B) and which is reinjected in feedback
  • V PW M IF the aforementioned pulse width modulation method
  • PWM pulse width modulation method
  • the microprocessor 40 From this control signal injected at the input e 2 and from the sign of the input voltage V e ⁇ the microprocessor 40 produces the control signals Vco, Va, V DO and V D - ⁇ , according to a pre-established chronology in four times In reality, for reasons of voltage compatibility in particular, the microprocessor 40 does not directly produce these signals II is provided with four outputs Sco, Sa, SDO and S D ⁇ generating four signals according to the above-mentioned chronology, varying between 0V and + 5V in the example described There are, between these outputs and the control inputs of the "IGBTs" 10 to 21 corresponding, electrical isolation interface circuits, 42 to 44 To fix the ideas, we can realize such circuits based on optoelectronic couplers with high galvanic isolation.
  • the interfaces, 42 to 45 generate the control signals properly.
  • Vco, Y ⁇ D O and V D respectively
  • These signals are the temporal copy of the signals present on the four outputs S C o Sa Sco and S D ⁇ of the microprocessor 40
  • control circuits 40 to 45 do not differ, a priori, from control circuits according to known art.
  • a circuit 3 for continuous detection of the direction of the current l z in the load Z II can be a current sensor proper or a circuit making it possible to derive this direction from other available variables, as will be shown with reference to FIG. 4
  • the circuit 3 delivers on its output a signal V s representing the sign of the current / z , signal transmitted on an additional input e sgn of the microprocessor 40 and directly usable by the latter to generate the control signals, Vco, Vd, D O and lY, according to a chronology respecting the conditions which have been set forth below -above
  • a voltage detector circuit can be produced in a very simple manner using very inexpensive electronic components.
  • a possible realization of this voltage detection function can be carried out by the electronic circuit 3 illustrated in FIG. 4, or by any other circuit. Similar This solution has the advantage of being particularly economical and yet very efficient
  • the electronic circuit 3 is produced based on an NPN transistor TR.
  • a protection diode Di is arranged between the base and the emitter of the transistor TR,., Polarized in the opposite direction to the emitter-base junction.
  • is charged by a resistor R 3 , connected at its free end to the terminal "+" of a continuous supply for example of 5V (standard “TTL"), the terminal "-" of the power supply connected to the transmitter
  • the base is connected, on the one hand, to the + 5V terminal of the power supply, via a high excursion resistor R 2 (resistance called “pull-up” according to English terminology Saxon) and, on the other hand, to one of the terminals of the switching IBB 1, via another resistor R ,, in this case the common point B between the IBB 1 and 2.
  • the transmitter is connected at the other terminal. C, of the switching IBB 1.
  • the supply of electrical energy can be supplied by the supply circuits 41 (FIG. 3).
  • the detection circuit is based on the positive or negative polarization of the base-emitter junction of transistor Y via the above-mentioned "pull-up" resistor, so that the switching point of transistor T is located close to the area where the voltage across the switching IBB is zero
  • the output voltage V s on the collector of transistor TR then varies between 0 and + 5V (in the example described), depending on the direction of the current in l 'IBB switching 1.
  • saturation voltages "+" or "-” are measured IBB switching terminals 1, depending on whether I '"IGBT" 10 or!'"IGBT" 1 1 is in the conducting state, that is to say according to the alternation in progress of the supply voltage V e ⁇
  • the current i z is arbitrarily positive during the time interval T and negative during the time interval 7 3 .
  • the sign of the voltage at the terminals (A and B) of the switching IBB 1 remains constant: curve S ⁇ gn .
  • the sign of the voltage across the terminals of the IBB 1 changes at the rate of the signal V PWM : direction of the voltage V * . for the "freewheeling" state (the IBB of "freewheel 1 being passing) and direction of the current l z for the passing state.
  • the curve S iZ representing the internal variable" direction of l z ", samples the sign of the voltage across the switching IBB 2 at the time of the transition between the on state and the "freewheel” state.
  • the on state is controlled by the logic "1" state of the V FWM signals and the "freewheeling" state by the logic "0" state of these signals.
  • FIG. 3 also shows an auxiliary circuit, referenced 46, allowing the detection of a short circuit in the switching IBB 1 and its protection in the event of a short circuit actually detected.
  • this detection and protection circuit 46 is placed between the aforementioned terminals C and B, the terminal C being connected to a short circuit detection input e dcc .
  • the power supply (+5 V) can be supplied by circuits 41.
  • the operation of the circuit 46 is based on the measurement of the saturation voltage of the "IGBTs" 20 and 21 in the on state. Indeed, the saturation voltage of such a component (as well as many other similar components) will exceed a predetermined threshold, depending on the component precisely used, when the current passing through it increases very strongly This is naturally the case during the appearance of a short circuit To fix ideas, the order of magnitude of the threshold whose overshoot must be detected is typically 4 V An output signal, in all or nothing , for example varying between 0 and +5 V, is transmitted to a so-called “reset” input of the microprocessor 40 The short-circuit detection causes the generation of control signals which block the two switching "IGBTs", 20 and 21 , and pass by the two "IGBTs", 10 and 11, of "freewheeling"
  • the operations which the microprocessor 40 must carry out, in particular generation of the various control signals, Vco, Va, V DO and ⁇ Z D1 , as a function in particular of comparisons carried out on the logic states of the input signals V PWM and e sgrh so to respect the chronology which has been recalled, can be controlled by a program or a recorded firmware.
  • a firmware can be resident in a fixed memory, of “ROM” type, or programmable, of the "PROM”, "EPROM”, or similar type, etc., memory (not shown) internal or external to the microprocessor 40
  • the invention achieves the goals it has set itself. It notably prevents any possibility of short-circuiting, due to the simultaneous conduction of the switching and connection IBBs. "freewheeling", as well as the appearance of undesirable phenomena of overvoltage, due, in a dual way, to the simultaneous blocking of these two IBBs.
  • This characteristic can be obtained without having to respect a strict synchronization between the different control signals of the individual switches ("IGBTs"), but simply by detecting the direction of the current in the load and by deriving a control signal from this detection.
  • the implementation of the method does not result in a significant increase in the complexity of the circuits used and / or in the cost of production.
  • control circuits may moreover be common to similar circuits used.
  • control circuits specific or not to the invention, call upon technologies commonly available on the market (for example microprocessors, etc.) and inexpensive
  • AC converter alternative ACTUALLY does not require any adaptation to be associated with a control circuit implementing the method according to the invention the converter can have a more complex structure and include a greater number of IBBs
  • the invention is however not limited solely to the embodiments explicitly described, in particular with regard to FIGS. 3 to 5
  • the switches were supposed to be of the "IGBT" type as indicated, many other types of components can be used in the context of the invention Numerical values have been specified only to fix ideas

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Abstract

The invention concerns a method and a device (4) for controlling a chopping AC-AC type electric power converter with feeding a load impedance capable of having an inductive component through a first double-control two-way switch, a second switch being provided at the terminals of the load in free wheel . Each switch comprises a pair of switch controls arranged head-to-tail. The converter switches between conductive and off state. The method consists in continuously determining the direction of the current (3) flowing in the load. Sequences of signals selectively controlling the switch controls of the switches (VC0, VC1, VD0 VD1) are generated from said determination of the current direction and of the chopping control signals (VPWM) of the alternating supply voltage. The generation of control signals (VC0, VC1, VD0, VD1) is ensured by a microcontroller or a microprocessor (40).

Description

PROCEDE DE COMMANDE D'UN CONVERTISSEUR D'ENERGIE ELECTRIQUE DU TYPE ALTERNATIF-ALTERNATIF METHOD FOR CONTROLLING AN ALTERNATIVE-ALTERNATIVE ELECTRICAL ENERGY CONVERTER
L'invention concerne un procédé de commande d'un convertisseur de d'énergie électrique du type alternatif-alternatif.The invention relates to a method for controlling an electrical energy converter of the alternating-alternating type.
Elle concerne encore un dispositif de commande d'un tel convertisseur pour la mise en œuvre du procédé.It also relates to a device for controlling such a converter for implementing the method.
Elle concerne plus particulièrement le domaine des fort courants et/ou fortes tensions.It relates more particularly to the field of strong currents and / or high voltages.
Pour fixer les idées, on se placera dans ce qui suit dans ie cas de l'application préférée de l'invention, à savoir les convertisseurs de forte puissance.To fix the ideas, we will place ourselves in the following in the case of the preferred application of the invention, namely the high power converters.
Dans le cadre de l'invention, le terme "convertisseur" doit être compris dans son sens le plus général. Il concerne de façon générale des dispositifs d'alimentation en énergie d'une charge du type onduleur, hacheur ou dit à découpage.In the context of the invention, the term "converter" must be understood in its most general sense. It generally relates to devices for supplying energy to a load of the inverter, chopper or so-called switching type.
La conversion est effectuée par l'intermédiaire de commutateurs, en général du type à semi-conducteurs, actionnés séquentiellement par des signaux de commande, de manière à "découper" une tension d'alimentation primaire au rythme des signaux de commande. L'énergie moyenne fournie à une charge alimentée par un tel convertisseur dépend notamment du rapport cyclique, que l'on appellera η, entre les périodes de conduction et les périodes de blocage du convertisseur. On peut donc ajuster cette énergie, et qui plus est la réguler, précisément en jouant sur ce rapport cyclique η.The conversion is carried out by means of switches, generally of the semiconductor type, actuated sequentially by control signals, so as to "cut off" a primary supply voltage at the rate of the control signals. The average energy supplied to a load supplied by such a converter depends in particular on the duty cycle, which will be called η, between the conduction periods and the blocking periods of the converter. We can therefore adjust this energy, and what is more, regulate it, precisely by playing on this duty cycle η.
Pour réguler la tension de sortie, il suffit de la mesurer et d'agir sur les signaux de commande de découpage en entrée du convertisseur par un processus classique de rétroaction. Une des méthodes de régulation couramment utilisée fait appel à la modulation dite de largeur d'impulsion, encore connu sous le sigle anglo-saxon "PWM" (pour "Puse Width Modulation"). Lorsque l'on considère le domaine des forts courants et/ou fortes tensions, même s'il s'agit, a priori, d'une charge réputée résistive, cette dernière n'est pas entièrement exempte d'une composante selfique (ne serait ce que l'inductance du câblage raccordant la charge au convertisseur) Il s'ensuit que l'on ne peut interrompre brutalement le courant dans la charge car il se développerait aux bornes de celle-ci de violentes surtensions Ces surtensions risquent de détériorer les commutateurs du convertisseur, qui sont prévus pour soutenir une tension de blocage maximale Ces surtensions brutales peuvent induire également des phénomènes parasites sur le reseau d'alimentation en tension primaire ou des perturbations électromagnétiques Or il existe des normes de compatibilité électromagnétiques ("C E M") à observer Aussi, il a été proposé de faire appel a des dispositifs permettant d'éviter ce phénomène parasite, notamment à des dispositifs connus sous l'appellation "diode en roue libre" (ou "free wheeling diode" selon la terminologie anglo-saxonne)To regulate the output voltage, it is sufficient to measure it and act on the switching control signals at the converter input by a conventional feedback process. One of the commonly used regulation methods uses so-called pulse width modulation, also known by the acronym "PWM" (for "Puse Width Modulation"). When we consider the domain of high currents and / or high voltages, even if it is, a priori, a load deemed to be resistive, the latter is not entirely free of an inductive component (if only the inductance of the wiring connecting the load to the converter) It follows that one cannot suddenly interrupt the current in the load because it would develop at the terminals violent overvoltages thereof These overvoltages risk damaging the converter switches, which are designed to support a maximum blocking voltage These sudden overvoltages can also induce parasitic phenomena on the primary voltage supply network or electromagnetic disturbances Or there are electromagnetic compatibility ("EMC") standards to be observed Also, it has been proposed to use devices making it possible to avoid this parasitic phenomenon, in particular to devices known under the name "freewheeling diode" ( or "free wheeling diode" according to the English terminology)
Les figures 1A à 1 C, annexées à la présente description, illustrent schématiquement un exemple d'un tel dispositif et explicitent son fonctionnement, dans le cas d'un convertisseur continu-continuFIGS. 1A to 1 C, appended to this description, schematically illustrate an example of such a device and explain its operation, in the case of a DC-DC converter
On suppose qu'une impédance Z constituée d'une résistance R et d'une partie selfique, d'inductance /, est alimentée par une source de tension continue via un commutateur K Ce dernier est commandé par un signal Vc rectangulaire de période T, à l'état "1 " pendant des périodes de temps et à l'état "0" pendant des périodes de temps t2 Le rapport entre ces deux valeurs définit le rapport cyclique précité η La figure 1 C illustre l'évolution du signal Vc en par rapport à un axe de temps arbitraire tIt is assumed that an impedance Z consisting of a resistor R and of an inductive part, of inductance /, is supplied by a DC voltage source via a switch K The latter is controlled by a rectangular signal V c of period T , in state "1" for periods of time and in state "0" for periods of time t 2 The ratio between these two values defines the above-mentioned duty cycle η FIG. 1 C illustrates the evolution of the signal V c in relation to an arbitrary time axis t
Pendant l'intervalle de temps t , le commutateur K est fermé et la charge d'impédance 2 est soumise à la tension \ = Il s'établit un courant / qui n'atteint pas instantanément une valeur maximale qui serait égale à VeJR mais croît progressivement du fait de la présence de l'inductance / selon une loi exponentielle, comme il est bien connu Cette croissance s'effectue pendant l'intervalle de temps t: Pour éviter tout phénomène de surtension parasite on place aux bornes de l'impédance Z une diode D (dite de "roue libre") dans le sens non- conducteur Pendant l'intervalle ti, cette diode D ne joue pas de rôle actif puisqu'elle ne conduit pasDuring the time interval t, the switch K is closed and the impedance load 2 is subjected to the voltage \ = A current is established / which does not instantly reach a maximum value which would be equal to VeJR but increases progressively due to the presence of the inductance / according to an exponential law, as it is well known This growth takes place during the time interval t: To avoid any phenomenon of parasitic overvoltage, place at the terminals of the impedance Z a diode D (called "freewheeling") in the non-direction conductor During the interval ti, this diode D does not play an active role since it does not conduct
Par contre, lorsque le signal de commande Vc passe à l'état zéro pendant l'intervalle de temps t2, le commutateur K passe a l'état bloqué Toujours du fait de la présence de l'inductance /, par effet d'inertie, le courant dans la charge ne peut s'interrompre brutalement II se développe une tension aux bornes de l'inductance / de polarité inverse de la tension \ = Il s'ensuit que la diode D est désormais polarisée dans le bon sens et devient conductrice Le courant va continuer à circuler dans la charge d'impédance Z et décroître vers une valeur proche de zéro, si t2 est bien plus grand que ti, jusqu'à extinction de l'énergie inductive accumulée dans l'inductance / La présence de la diode D permet donc d'éviter toute surtension La figure 1 C illustre les variations du courant / en fonction du temps tOn the other hand, when the control signal V c goes to the zero state during the time interval t 2 , the switch K goes to the blocked state Always due to the presence of the inductance /, by effect of inertia, the current in the load cannot suddenly stop II develops a voltage across the inductance / reverse polarity of the voltage \ = It follows that the diode D is now polarized in the right direction and becomes conductive The current will continue to flow in the impedance load Z and decrease towards a value close to zero, if t 2 is much greater than ti, until extinction of the inductive energy accumulated in the inductance / The presence diode D therefore avoids any overvoltage Figure 1 C illustrates the variations of the current / as a function of time t
Lorsque l'on désire réaliser, non plus une conversion de type continucontinu du type qui vient d'être rappelé succinctement, mais de type alternatif- alternatif, on peut également faire appel à des commutateurs et à des circuits "en roue libre". Cependant, le problème devient plus complexe, car la tension d'alimentation d'entrée, par exemple la tension fournie par le secteur, est désormais, par définition, alternative Le ou les commutateurs utilisés doivent donc être bidirectionnels, si on veut utiliser les deux alternances II en est de même des circuits dits en "roue libre" Il n'est donc plus envisageable de faire appel à de simples éléments passifs, comme des diodes, mais à des éléments actifs commandablesWhen it is desired to carry out, no longer a conversion of the continuous type of the type which has just been mentioned briefly, but of the alternating-alternating type, it is also possible to use switches and "freewheeling" circuits. However, the problem becomes more complex, because the input supply voltage, for example the voltage supplied by the sector, is now, by definition, alternative The switch or switches used must therefore be bidirectional, if we want to use both alternations It is the same for so-called "freewheeling" circuits. It is therefore no longer possible to use simple passive elements, such as diodes, but active controllable elements.
Dans l'art connu ces problèmes ont été résolus en faisant appel à des commutateurs à semi-conducteurs de puissance, que l'on appellera ci-après commutateurs ou interrupteurs bidirectionnels bi-commandables, ou plus simplement "IBB"In the known art, these problems have been solved by using power semiconductor switches, which will be referred to hereinafter as bi-controllable bidirectional switches or switches, or more simply "IBB"
On a tout d'abord utilisé des transistors bipolaires de puissance, des thynstors, des tnacs ou des composants similaires Depuis les années 80, on fait appel à des composants hybrides tels que, par exemple, "IGBT" ("InsulatedWe first used power bipolar transistors, thynstors, tnacs or similar components. Since the 1980s, hybrid components such as, for example, "IGBT" ("Insulated") have been used.
Gâte Bipolar Transistor"), transistors MOS ("Métal Oxyde Semiconductor"),Bipolar Transistor "), MOS (" Metal Oxide Semiconductor ") transistors,
"GTO" ("Gâte Tum-Off Transistor") ou "IGCT" ("Insulated Gâte Commutated Thynstor") Les caractéristiques de tels composants sont décrits, a titre d'exemple non limitatif, dans "LES TECHNIQUES DE L'INGENIEUR" volume D3I (voir en particulier l'article de Philippe LETURCQ "Composants semiconducteurs de puissance caractères propres") Lorsque les composants sélectionnés ne peuvent pas eux-mêmes bloquer une tension inverse supérieure ou égale à la tension de crête de fonctionnement du système, l'adjonction de diodes supplémentaires est alors rendue nécessaire"GTO"("Gum Tum-Off Transistor") or "IGCT"("Insulated Gâte Commutated Thynstor ") The characteristics of such components are described, by way of nonlimiting example, in" THE TECHNIQUES OF THE ENGINEER "volume D3I (see in particular the article by Philippe LETURCQ" Power semiconductor components eigen characters ") When the selected components cannot themselves block a reverse voltage greater than or equal to the peak operating voltage of the system, the addition of additional diodes is then made necessary
Le composant "IGBT", en particulier est très intéressant pour la commutation de puissance à haute tension II réunit les avantages des transistors bipolaires notamment faible chute de tension à l'état saturé, et ceux des thyπstors et des composants "MOS" notamment très bonne tenue en tension et faible consommation pour les signaux de commande On peut donc le commander en tension Pour fixer les idées, dans ce qui suit, on considérera, sans que cela limite en quoi que ce soit la portée de l'invention, que les commutateurs et les circuits de "roue libre" sont réalisés à base de tels composantsThe "IGBT" component, in particular is very advantageous for high voltage power switching II combines the advantages of bipolar transistors, in particular low voltage drop in saturated state, and those of thyπstors and "MOS" components, in particular very good. voltage withstand and low consumption for the control signals It is therefore possible to control it in voltage To fix the ideas, in what follows, it will be considered, without this in any way limiting the scope of the invention, that the switches and "freewheeling" circuits are made from such components
De façon plus précise, chaque commutateur est en réalité réalisé à base d'une paire de commutateurs bidirectionnels bi-commandables La figure 2, annexée à la présente description, illustre très schématiquement un exemple simplifié de convertisseur CONV alternatif- alternatif selon l'art connu, réalisé à base de composants "IGBTs" Il s'agit plus précisément d'un bras de pont alternatifMore precisely, each switch is in reality produced on the basis of a pair of bi-controllable bidirectional switches. FIG. 2, appended to this description, very schematically illustrates a simplified example of an ACV-AC converter according to the prior art , made from "IGBTs" components More precisely, it is an alternative bridge arm
La source d'alimentation en entrée Ve~ de type alternatif, alimente la charge d'impédance Z, constituée d'une résistance R et d'une partie selfique d'impédance /, au travers d'un commutateur 1 en série avec celle-ci Ce dernier est constitué d'une paire de composants "IGBT", 10 et 11 , disposés tête-bêche c'est-à-dire en association anti-parallèle, que l'on a appelera IBBThe power source at the input Ve ~ of the alternative type, supplies the impedance load Z, consisting of a resistor R and an inductive portion of impedance /, through a switch 1 in series with it. ci The latter consists of a pair of "IGBT" components, 10 and 11, arranged head to tail, that is to say in anti-parallel association, which we will call IBB
De même, le circuit dit "de roue libre" doit pouvoir conduire aussi dans les deux sens II s'ensuit qu'il est également constitué d'un IBB, référencé 2 constitué de deux "IGBT", 20 et 21 II est disposé comme précédemment aux bornes de la charge Z, de manière à pouvoir reboucler le courant inductif lorsqu'il est conducteurSimilarly, the so-called "freewheeling" circuit must also be able to drive in both directions. It follows that it also consists of an IBB, referenced 2 consisting of two "IGBTs", 20 and 21. It is arranged as previously to load terminals Z, so that the inductive current can be looped back when it is conductive
Les deux IBBs sont donc disposés en cascade entre des bornes A et B de la source de tension d'entrée alternative Ve_ avec pour point commun une borne B, que l'on suppose connectée à la masseThe two IBBs are therefore arranged in cascade between terminals A and B of the alternating input voltage source V e _ with a common point, a terminal B, which is assumed to be connected to ground.
Sur la figure 2, on a fait figurer les sens du courant lz dans la charge Z "Sens 1" et Sens 0" circulant dans la charge Z pendant les deux alternances de la tension d'entrée Ve- De façon plus générale, l'indice "1 " est associe au "Sens 1" et l'indice "0" au "sens 0" En fonctionnement, le convertisseur CONV va alterner entre deux états distincts l'état conducteur, durant lequel l'IBB de commutation 1 est passant et l'IBB "de roue libre" 2 est bloqué durant cet état, la tension de la source d'alimentation Vβ~ est appliquée à la charge Z, et le courant efficace dans la charge croît de manière similaire à ce qui à été décrit en regard de la figure 1 C , l'état bloqué, ou "roue libre", durant lequel l'IBB de commutation 1 est bloqué, mais l'IBB "de roue libre" 2 est passant durant cet état, la tension de la source d'alimentation Ve~ n'est pas appliquée à la charge Z, et le courant à travers la charge se boucle sur lui-même et décroît jusqu'à disparition complète de l'énergie inductive dans la charge et son câblage (inductance I)In FIG. 2, the directions of the current l z have been shown in the load Z "Direction 1" and Direction 0 "flowing in the load Z during the two half-waves of the input voltage Ve- More generally, l index "1" is associated with "Direction 1" and index "0" with "direction 0" In operation, the CONV converter will alternate between two distinct states the conducting state, during which the switching IBB 1 is passing and the "freewheeling" IBB 2 is blocked during this state, the voltage of the power source Vβ ~ is applied to the load Z, and the effective current in the load increases in a similar manner to what has been described with reference to FIG. 1C, the blocked state, or "freewheel", during which the switching IBB 1 is blocked, but the "freewheeling" IBB 2 is on during this state, the voltage of the power source V e ~ is not applied to the load Z, and the current through the load loops on itself and decreases until comp disappears inductive energy in the load and its wiring (inductance I)
De façon plus précise, à l'état passant, pendant une première alternance de la tension d'alimentation V*-, positive, c'est I' "IGBT" de commutation 10 qui conduit à l'état passant en pendant la seconde alternance c'est I' "IGBT" de commutation, négative, I' "IGBT" de commutation 11 qui prend le relais On observe une chronologie similaire pour les "IGBTs" de "roue libre,More precisely, in the on state, during a first alternation of the supply voltage V * -, positive, it is the switching "IGBT" 10 which leads to the on state during the second alternation it is the "IGBT" switching, negative, the "IGBT" switching 11 which takes over We observe a similar chronology for the "IGBTs" of "freewheeling,
20 et 21 , à l'état bloqué20 and 21, in the blocked state
Sur la figure 2, les signaux de commande appliqués aux bornes de commande ("gâtes") sont référencés VCo et VCι, pour l'IBB de commutation 1 , et VDO et VDι, pour l'IBB de "roue libre" 2 Ces signaux doivent suivre une chronologie précise, comme il le sera montré ci-après L'alternance entre les deux états "conducteur' et "bloque ' permet ainsi de réguler la tension moyenne appliquée a la cnarge Z et donc le courant qui la traverse, par exemple en faisant appel a la technique de modulation de largeur d'impulsion précitée ("PWM") Le fonctionnement du convertisseur de la figure 2 est donc similaire à celui des figures 1A a 1 C, mais tient compte des deux alternances de la tension d'alimentation qui se traduisent par deux sens de courants dans la charge Z, d'une part, et dans les deux IBBs 1 et 2 d'autre partIn FIG. 2, the control signals applied to the control terminals ("dropouts") are referenced V C o and V C ι, for the switching IBB 1, and V DO and V D ι, for the switching IBB "freewheel" 2 These signals must follow a precise chronology, as will be shown below The alternation between the two states "conductor" and "blocked" thus makes it possible to regulate the average voltage applied to the cnarge Z and therefore the current which crosses it, for example by using the aforementioned pulse width modulation technique. ("PWM") The operation of the converter in FIG. 2 is therefore similar to that in FIGS. 1A to 1 C, but takes account of the two alternations of the supply voltage which result in two directions of current in the load Z, on the one hand, and in the two IBBs 1 and 2 on the other hand
Dans la théorie, la mise en œuvre des techniques qui viennent d'être rappelées à partir d'un exemple de réalisation particulier donne les résultats escomptés Cependant, dans la pratique, les dispositifs de l'art connu ne sont pas exempts de problèmes En particulier, le problème principal qui se pose est lié aux transitions entre les deux états conducteur et bloque précitésIn theory, the implementation of the techniques which have just been recalled from a particular embodiment gives the expected results However, in practice, the devices of the known art are not free from problems In particular , the main problem that arises is related to the transitions between the two conductor and block states mentioned above.
En effet, si durant un instant, les IBBs, 1 et 2 sont tous deux commandés (donc conducteurs), la source d'alimentation V*- est en court-circuit, puisque ces eux IBBs sont disposés en cascade et connectés aux bornes de la source de tension Ve- Le courant va croître violemment à travers les deux IBBs, 1 et 2, ce qui peut entraîner leur destruction ou tout au moins limiter leur durée de vie Ceci créera par ailleurs d'importantes perturbations sur le réseau d'alimentationIndeed, if for a moment, the IBBs, 1 and 2 are both controlled (therefore conductive), the power source V * - is short-circuited, since these IBBs are arranged in cascade and connected to the terminals of the voltage source V e - The current will increase violently through the two IBBs, 1 and 2, which can lead to their destruction or at least limit their lifespan This will also create significant disturbances on the network food
Si au contraire les deux IBBs, 1 et 2, sont simultanément bloqués, le courant inductif à travers la charge Z est brutalement interrompu Ceci entraînera une surtension violente aux bornes des IBBs, 1 et 2 ce qui peut également entraîner leur destruction et perturber le réseau d'alimentation Dans ce cas l'effet "roue libre" ne joue plus son rôleIf, on the contrary, the two IBBs, 1 and 2, are simultaneously blocked, the inductive current through the load Z is suddenly interrupted This will cause a violent overvoltage at the terminals of the IBBs, 1 and 2 which can also lead to their destruction and disturb the network In this case the "freewheeling" effect no longer plays its role
On comprend aisément que la synchronisation des IBBs de commutation 1 et de "roue libre" 2 est critique dans ce système et peut poser de sérieux problèmes de réalisation et de réglage si on tient compte des délais de réaction des composants constitutifs des IBBs, 1 et 2, et de la dispersion inévitable des caractéristiques physiques de ces composantsIt is easy to understand that the synchronization of the switching 1 and "freewheel" IBBs 2 is critical in this system and can pose serious implementation and adjustment problems if the reaction times of the constituent components of the IBBs, 1 and 2, and the inevitable dispersion of the physical characteristics of these components
L'invention se fixe donc pour but de pallier les problèmes rencontrés dans les dispositifs et systèmes de l'art connu et propose un procédé de commande d'un convertisseur d'énergie électrique du type alternatif-alternatif mettant en œuvre des commutateurs bidirectionnels bi-commandablesThe invention therefore sets itself the aim of overcoming the problems encountered in the devices and systems of the known art and proposes a method of control of an alternating-alternating electrical energy converter using bi-controllable bidirectional switches
Le procédé selon l'invention permet des transitions entre les deux états de fonctionnement, conducteur et bloqué, de ces commutateurs bidirectionnels bi-commandables s'affranchissant de la nécessité d'une synchronisation critique.The method according to the invention allows transitions between the two operating states, conductive and blocked, of these bi-controllable bidirectional switches, eliminating the need for critical synchronization.
Pour ce faire, selon une caractéristique importante de l'invention, le sens du courant dans la charge alimentée par le convertisseur d'énergie électrique alternatif-alternatif est déterminé et, à partir de cette détermination, des signaux de commande sont générés, de manière à commander sélectivement les commutateurs bidirectionnels bi-commandablesTo do this, according to an important characteristic of the invention, the direction of the current in the load supplied by the alternating-alternating electrical energy converter is determined and, from this determination, control signals are generated, so to selectively control bi-controllable bidirectional switches
L'invention a donc pour objet principal un procédé de commande d'un convertisseur d'énergie électrique du type alternatif-alternatif alimentant une impédance de charge pouvant présenter une composante inductive par une source de tension alternative au travers d'au moins un premier commutateur bidirectionnel bi-commandable, ledit convertisseur comprenant un deuxième commutateur bidirectionnel bi-commandable disposé aux bornes de ladite charge, en cascade avec ledit premier commutateur, dit de "roue libre", de manière à permettre le rebouclage d'un courant inductif dans ladite impédance de charge, lesdits commutateurs comprenant chacun deux interrupteurs monodirectionnels disposés tête-bêche, ledit procédé comprenant la génération de séquences de signaux de commande transmis aux dits interrupteurs monodirectionnels desdits premier et deuxième commutateurs, de manière à les amener alternativement dans un état conducteur, durant lequel ledit premier commutateur est passant et ledit deuxième commutateur est bloqué, et dans un état bloqué durant lequel ledit premier commutateur est bloqué et ledit deuxième commutateur est passant, caractérisé en ce qu'il comprend la détermination continue du sens du courant circulant dans ladite impédance de charge, et, en fonction dudit sens du courant, en ce qu'il comprend les séquences suivantes, par envoi sélectif d'un desdits signaux de commandes a/ lors de la transition dudit état conducteur audit état bloqué ai ) amorçage d'au moins ledit interrupteur tourne dans le sens du courant dudit deuxième commutateur a2) puis blocage d'au moins ledit interrupteur tourné dans le sens du courant dudit premier commutateur , et b/ lors de la transition dudit état bloqué audit état conducteur b1 ) amorçage d'au moins ledit interrupteur tourné dans le sens du courant dudit premier commutateur , b2) puis blocage d'au moins ledit interrupteur tourné dans le sens du courant dudit deuxième commutateur On peut prévoir de préférence aussi les étapes suivantes a/ lors de la transition dudit état conducteur audit état bloqueThe main object of the invention is therefore a method of controlling an electrical energy converter of the alternating-alternating type supplying a load impedance which may have an inductive component by an alternating voltage source through at least a first switch. bidirectional bi-controllable, said converter comprising a second bidirectional bi-controllable switch disposed at the terminals of said load, in cascade with said first switch, called "freewheel", so as to allow the looping of an inductive current in said impedance charging, said switches each comprising two one-way switches arranged head to tail, said method comprising the generation of sequences of control signals transmitted to said one-way switches of said first and second switches, so as to bring them alternately into a conductive state, during which said first switch is p assant and said second switch is blocked, and in a blocked state during which said first switch is blocked and said second switch is on, characterized in that it comprises the continuous determination of the direction of the current flowing in said load impedance, and, as a function of said direction of current, in that it comprises the following sequences, by selective sending of one of said control signals a / during the transition from said conductive state to said blocked state ai) priming of at least said switch turns in the direction of current of said second switch a2) then blocking of at least said switch turned in the direction of current of said first switch, and b / during the transition from said blocked state to said state conductor b1) ignition of at least said switch turned in the direction of current of said first switch, b2) then blocking of at least said switch turned in the direction of current of said second switch It is possible preferably to also provide the following steps a / during the transition from said conductive state to said blocked state
- avant l'étape ai , blocage dudit interrupteur tourné dans le sens opposé au courant dudit premier commutateur , b/ lors de la transition dudit état bloqué audit état conducteur - avant l'étape b1 , blocage d'au moins ledit interrupteur tourné dans le sens opposé au courant dudit deuxième commutateur- before step ai, blocking of said switch turned in the direction opposite to the current of said first switch, b / during the transition from said blocked state to said conductive state - before step b1, blocking of at least said switch turned in the opposite direction to the current of said second switch
Egalement, facultativement les étapes suivantesAlso, optionally the following steps
- après l'étape a2, amorçage aussi dudit interrupteur (20-21 ) tourné dans le sens opposé au courant (lz) dudit deuxième commutateur (2) , et - après l'étape b2, amorçage aussi d'au moins ledit interrupteur (10-- after step a2, also striking of said switch (20-21) turned in the opposite direction to the current (l z ) of said second switch (2), and - after step b2, also striking of at least said switch (10-
11 ) tourné dans le sens opposé au courant (lz) dudit premier commutateur11) turned in the opposite direction to the current (l z ) of said first switch
(1 )(1)
L'invention a encore pour objet un convertisseur d'énergie électrique alternatif-alternatif pour la mise en œuvre du procédé L'invention va maintenant être décrite de façon plus détaillée en se référant aux dessins annexés, parmi lesquels les figure 1A à 1 C illustrent schématiquement le principe et fonctionnement d'un convertisseur continu-continu muni d'un dispositif dit de "roue libre", selon l'art connu , - la figure 2 illustre schématiquement un exemple simplifié d'un convertisseur alternatif-alternatif mettant en œuvre des commutateurs bidirectionnels bi-commandables, incorporant également un dispositif dit de "roue libre", selon l'art connu ; la figure 3 illustre un bloc diagramme d'un exemple de réalisation concret de circuit de commande d'un convertisseur alternatif-alternatif pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention ; la figure 4 illustre un exemple de circuit de détermination du sens de courant dans la charge alimentée par le convertisseur alternatif- alternatif, utilisable pour le circuit de commande de la figure 3 ; et la figure 5 est un diagramme illustrant les principaux signaux utilisés dans le circuit de commande de la figure 3.The subject of the invention is also an alternating-alternating electrical energy converter for implementing the method. The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, among which FIGS. 1A to 1C illustrate schematically the principle and operation of a DC-DC converter provided with a so-called "freewheel" device, according to the prior art, - Figure 2 schematically illustrates a simplified example of an AC-AC converter implementing switches bidirectional bi-controllable, also incorporating a device called "freewheeling", according to known art; FIG. 3 illustrates a block diagram of a concrete embodiment of the control circuit of an AC-AC converter for implementing the method according to the invention; FIG. 4 illustrates an example of a circuit for determining the direction of current in the load supplied by the AC / AC converter, usable for the control circuit of FIG. 3; and FIG. 5 is a diagram illustrating the main signals used in the control circuit of FIG. 3.
Pour décrire de façon plus détaillée le procédé de commande selon l'invention, on va se reporter de nouveau à la figure 2. En effet, le procédé de l'invention n'impose pas de modifier l'architecture des circuits constituant le convertisseur alternatif-alternatif CONV proprement dit, ce qui constitue un avantage supplémentaire. Seuls les circuits de commande des composants de commutation ou interrupteurs commandés, en l'occurrence les "IGBT" 10, 11 , 20 et 21 , doivent être spécifiques pour incorporer les dispositions propres à l'invention.To describe in more detail the control method according to the invention, reference is again made to FIG. 2. In fact, the method of the invention does not require modifying the architecture of the circuits constituting the AC converter - alternative CONV itself, which constitutes an additional advantage. Only the control circuits of the controlled switching components or switches, in this case the "IGBTs" 10, 11, 20 and 21, must be specific in order to incorporate the provisions specific to the invention.
On va maintenant examiner les deux transitions principales : transition "état conducteur vers état bloqué" et transition "état bloqué vers état conducteur".We will now examine the two main transitions: transition "conductive state to blocked state" and transition "blocked state to conductive state".
1. Transition "état conducteur vers état bloqué" :1. Transition from "driver state to blocked state":
Dans le cas d'une transition de l'état conducteur vers l'état bloqué, il est possible de bloquer à l'avance l'IBB de commutation 1 dans le sens opposé au courant, puisque ce sens est inutilisé. Selon l'alternance considérée, dans le cas d'un courant dans le "Sens 0", on bloque donc I' "IGBT" 11 , et dans le cas inverse, on bloque I' "IGBT" 10.In the case of a transition from the conducting state to the blocked state, it is possible to block the switching IBB 1 in the opposite direction to the current in advance, since this direction is not used. According to the alternation considered, in the case of a current in the "Direction 0", one thus blocks I "IGBT" 11, and in the opposite case, one blocks I "IGBT" 10.
A cet instant, l'amorçage de l'IBB de "roue libre" 2 dans le sens du courant ne risque plus de créer un court-circuit de l'alimentation Ve-, et peut donc être réalisé en toute sécurité. Dans le cas d'un courant dans le "Sens 0", on amorce I' "IGBT" 20 de l'IBB de "roue libre" 2. Ensuite, il est possible de désamorcer l'IBB de commutation 1 dans le sens du courant, puisque l'amorçage de l'IBB de "roue libre" 2 dans le sens du courant est déjà effectué, ce qui empêche tout risque d'interruption du courant dans la charge, donc l'apparition de surtension. Dans le cas d'un courant dans le "Sens 0", on bloque I' "IGBT" 10.At this instant, the priming of the "freewheel" IBB 2 in the direction of the current no longer risks creating a short circuit of the supply V e -, and can therefore be carried out in complete safety. In the case of a current in "Direction 0", the "IGBT" 20 of the "freewheel" IBB 2 is started. Then, it is possible to deactivate the switching IBB 1 in the current direction, since the priming of the "freewheeling" IBB 2 in the current direction is already carried out, which prevents any risk of interruption. of current in the load, therefore the appearance of overvoltage. In the case of a current in "Direction 0", I "IGBT" 10 is blocked.
Enfin, il est possible d'amorcer l'IBB de "roue libre" 2 dans le sens opposé au courant, puisque tout risque de court-circuit de I alimentation est écarté. Dans le cas d'un courant dans le "Sens 0", on amorce I' "IGBT" 21 de l'IBB de "roue libre" 2. 2. Transition "état bloqué vers état conducteur"Finally, it is possible to initiate the "freewheel" IBB 2 in the opposite direction to the current, since any risk of short-circuiting of the supply is eliminated. In the case of a current in "Direction 0", the "IGBT" 21 of the "freewheel" IBB 2 is started. 2. 2. Transition "blocked state towards conductive state"
Dans le cas d'une transition de l'état bloqué à l'état conducteur, on effectue de façon similaire la séquence suivante :In the case of a transition from the blocked state to the conducting state, the following sequence is carried out in a similar manner:
- blocage de l'IBB de "roue libre" 2 dans le sens opposé au courant ("IGBT" 21 dans le "Sens 0") ; - amorçage de l'IBB de commutation 1 dans le sens du courant- blocking of the "freewheel" IBB 2 in the opposite direction to the current ("IGBT" 21 in "Direction 0"); - initiation of switching IBB 1 in the current direction
("IGBT" 10 dans le sens 0) ;("IGBT" 10 in the 0 direction);
- blocage de l'IBB de "roue libre" 2 dans le sens du courant ("IGBT" 20 dans le "Sens 0")- blocking of the freewheeling IBB 2 in the current direction ("IGBT" 20 in the "Direction 0")
- Amorçage de l'IBB de commutation 1 dans le sens opposé au courant ("IGBT" 11 dans le "Sens 0").- Ignition of switching IBB 1 in the opposite direction to the current ("IGBT" 11 in "Direction 0").
Dans le cas d'un courant dans le "Sens 1 ", la séquence est identique en intervertissant les "IGBT" de "roue libre" 21 et 20, et les "IGBT" de commutation 10 et 11.In the case of a current in "Direction 1", the sequence is identical by reversing the "free wheel" IGBTs 21 and 20, and the switching "IGBTs" 10 and 11.
Tel que décrit ci-dessus, le système balance entre deux états caractérisés en ce que l'un des IBB est totalement amorcé, tandis que l'autre est totalement bloqué.As described above, the system balances between two states characterized in that one of the BWIs is completely primed, while the other is totally blocked.
Une variante du procédé selon l'invention, tel qu'il d'être décrit est de ne pas amorcer les "IGBTs" opposés au sens du courant. En effet, ceux-ci ne conduiront pas de toute façon. L'inconvénient de cette variante du procédé selon l'invention est un retard lors d'un changement de sens du courant.A variant of the method according to the invention, as it will be described, is not to initiate the "IGBTs" opposite to the direction of the current. Indeed, these will not drive anyway. The disadvantage of this variant of the method according to the invention is a delay when the direction of the current changes.
Cependant, en contrepartie, l'avantage est diviser par un facteur deux l'utilisation des circuits de commande des composants constitutifs des IBB et donc, a priori, de prolonger leur durée de vieHowever, in return, the advantage is divided by a factor of two. the use of the control circuits of the components making up the IBBs and therefore, a priori, of extending their service life
On va maintenant décrire un exemple de réalisation de circuit de commande 4 d'un convertisseur alternatif-alternatif CONV du type de celui de la figure 2 ou tout autre convertisseur alternatif-alternatif similaireWe will now describe an exemplary embodiment of the control circuit 4 of a CONV AC-type converter of the type of that of FIG. 2 or any other similar AC-to-AC converter
Dans l'exemple décrit, le circuit de commande 4 est réalise a base d'un microprocesseur ou d'un micro-contrôleur 40 ou tout système de traitement de l'information similaire Dans la réalité, le circuit de référence 40 comprend un microprocesseur proprement dit et divers circuits formant interface, pour effectuer toute conversion de signaux nécessaire, en entrée et en sortie ainsi que des circuits nécessaires à son bon fonctionnement horloge etc , qui n'ont pas été représentésIn the example described, the control circuit 4 is produced on the basis of a microprocessor or a microcontroller 40 or any similar information processing system In reality, the reference circuit 40 comprises a microprocessor properly said and various circuits forming an interface, to carry out any necessary conversion of signals, in input and in output as well as circuits necessary for its good functioning clock etc, which have not been represented
Celui-ci comprend des bornes d'entrées classiques d'alimentation en tension, "GND" reliée à la masse et "VCC" reliée a une tension positive, par exemple +5V pour le standard "TTL" La tension +5V peut être fournie par des circuits d'alimentation 41 , eux-mêmes alimentés, via un pont redresseur constitué de deux diodes, DA et Dc, dont les anodes sont reliées aux bornes A et C précitées Le mode de fonctionnement des circuits d'alimentation 41 peut être divers régulateur statique, alimentation à découpage, etc La seule contrainte est de fournir une tension répondant aux normes du standard utilisé pour le microprocesseur 40, la puissance à fournir étant par ailleurs a priori peu élevéeThis includes conventional voltage supply input terminals, "GND" connected to ground and "VCC" connected to a positive voltage, for example + 5V for the standard "TTL" The voltage + 5V can be supplied by supply circuits 41, themselves supplied, via a rectifier bridge consisting of two diodes, D A and D c , the anodes of which are connected to the above-mentioned terminals A and C. The operating mode of the supply circuits 41 can be various static regulator, switching power supply, etc. The only constraint is to provide a voltage meeting the standards of the standard used for microprocessor 40, the power to be supplied being a priori low
De façon classique également, le microprocesseur 40 possède une entrée βι dite "ON/OFF" par sa mise en et hors fonction, et des circuits qu'il commandeAlso conventionally, the microprocessor 40 has an βι input called "ON / OFF" by turning it on and off, and the circuits it controls
Pour la commande d'un convertisseur alternatif-alternatif CONV (figure 2) selon l'art connu, et aussi selon l'invention comme il va l'être montré le microprocesseur 40 peut être utilisé pour générer les signaux de commandes des "IGBTs", 20, 21 , 10 et 11 , soit Vco, Va, V∞ et Vm, respectivement En effet, en soi, ces signaux sont similaires à ceux utilisés dans l'art connus, du moins en ce qui concerne des caractéristiques telles que par exemple leurs amplitudes ou leurs formes Selon la caractéristique principale de l'invention, la différence principale est relative aux instants de commutation pilotes par un signal issu de la détection du sens du courant IZ dans la charge ZFor the control of an AC-to-AC converter CONV (FIG. 2) according to the known art, and also according to the invention as will be shown, the microprocessor 40 can be used to generate the control signals of the "IGBTs" , 20, 21, 10 and 11, ie Vco, Va, V∞ and V m , respectively Indeed, in themselves, these signals are similar to those used in the known art, at least as far as characteristics such as for example their amplitudes or their shapes According to the main characteristic of the invention, the difference main relates to the pilot switching instants by a signal coming from the detection of the direction of the current IZ in the load Z
On prévoit une entrée supplémentaire e2 recevant un signal de commande d'échantillonnage, que l'on appellera VPWM SI l'on recourt, par exemple, au procédé de modulation par largeur d'impulsion précité ou "PWM" le signal est élaboré, de façon classique en soi à partir de la tension qui se développe aux bornes de la charges Z (entre les bornes A et B) et que l'on réinjecte en rétroaction Les circuits permettant la détection de l'amplitude de la tension de sortie et l'élaboration d'un signal de rétroaction sont bien connu en soi, et il est inutile de les re-décπre Pour fixer les idées, on suppose que le signal de commande "PWM" proprement dit a une fréquence de découpage de 20 kHz et un rapport cyclique moyen η de 50 % La fréquence de découpage est en général très supérieure à la fréquence de la tension alternative de la source d'alimentation de la charge, typiquement 50 ou 60 Hz, selon les pays, ou au plus quelques centaines d'Ηertz pour certaines applications (avionique par exemple) Le signal de base, à deux états logiques "0" et "1", définissant les intervalles d'états passants et bloqués, respectivement Ce signal est élaborée à partir d'une horloge interne ou externe non représentée Le premier paramètre (fréquence) est fixe II suffit que le signal de rétroaction VPWM agisse sur le rapport cyclique η pour obtenir une valeur moyenne de tension de sortie désirée et sa régulation par rapport à une référence prédéterminéeAn additional input e 2 is provided receiving a sampling control signal, which will be called V PW M IF, for example, the aforementioned pulse width modulation method or "PWM" is used, the signal is developed, in a conventional manner in itself from the voltage which develops at the terminals of the charges Z (between the terminals A and B) and which is reinjected in feedback The circuits allowing the detection of the amplitude of the voltage of output and development of a feedback signal are well known per se, and there is no need to re-decode them To fix the ideas, it is assumed that the control signal "PWM" proper has a chopping frequency of 20 kHz and an average duty cycle η of 50% The switching frequency is generally much higher than the frequency of the alternating voltage of the load supply source, typically 50 or 60 Hz, depending on the country, or at most some hundreds of ertz for some apps ications (avionics for example) The basic signal, with two logical states "0" and "1", defining the intervals of passing and blocked states, respectively This signal is produced from an internal or external clock not shown The first parameter (frequency) is fixed It suffices that the feedback signal V PWM acts on the duty cycle η to obtain a desired mean output voltage value and its regulation with respect to a predetermined reference
A partir de ce signal de commande injecté sur l'entrée e2 et du signe de la tension d'entrée Ve~ le microprocesseur 40 élabore les signaux de commande Vco, Va, VDO et VD-ι, selon une chronologie préétablie à quatre temps En réalité, pour des raisons de compatibilité de tension notamment, le microprocesseur 40 n'élabore pas directement ces signaux II est muni de quatre sorties Sco, Sa, SDO et SDι générant quatre signaux selon la chronologie précitée, variant entre 0V et +5V dans l'exemple décrit On dispose, entre ces sorties et les entrées de commande des "IGBTs" 10 à 21 correspondants, des circuits d'interface d'isolation électriques, 42 à 44 Pour fixer les idées, on peut réaliser de tels circuits à base de coupleurs optoélectroniques à forte isolation galvanique En sorties, les interfaces, 42 à 45, génèrent les signaux de commandes proprement dits, Vco, Yι DO et VD respectivement Ces signaux sont la copie temDorelle des signaux présents sur les quatre sorties SCo Sa Sco et SDι du microprocesseur 40From this control signal injected at the input e 2 and from the sign of the input voltage V e ~ the microprocessor 40 produces the control signals Vco, Va, V DO and V D -ι, according to a pre-established chronology in four times In reality, for reasons of voltage compatibility in particular, the microprocessor 40 does not directly produce these signals II is provided with four outputs Sco, Sa, SDO and S D ι generating four signals according to the above-mentioned chronology, varying between 0V and + 5V in the example described There are, between these outputs and the control inputs of the "IGBTs" 10 to 21 corresponding, electrical isolation interface circuits, 42 to 44 To fix the ideas, we can realize such circuits based on optoelectronic couplers with high galvanic isolation. At outputs, the interfaces, 42 to 45, generate the control signals properly. said, Vco, Yι D O and V D respectively These signals are the temporal copy of the signals present on the four outputs S C o Sa Sco and S D ι of the microprocessor 40
Jusqu'à ce stade de la description les circuits de commande 40 a 45 ne diffèrent pas, a priori, de circuits de commande selon l'art connuUntil this stage of the description, the control circuits 40 to 45 do not differ, a priori, from control circuits according to known art.
Selon une première caractéristique importante de l'invention on adjoint à ces circuits de commande un circuit 3 de détection continue du sens du courant lz dans la charge Z II peut s'agir d'un capteur de courant a proprement parlé ou d'un circuit permettant de dériver ce sens a partir d'autres variables disponioles, comme il va l'être montre en regard de la figure 4According to a first important characteristic of the invention, there is added to these control circuits a circuit 3 for continuous detection of the direction of the current l z in the load Z II can be a current sensor proper or a circuit making it possible to derive this direction from other available variables, as will be shown with reference to FIG. 4
S'il s'agit d'un capteur de courant, celui-ci peut être base sur différents principes physiques couplage magnétique du type "pince amperemetπque" etc Dans ce cas, le circuit 3 délivre sur sa sortie un signal Vs représentant le signe du courant /z, signal transmis sur une entrée supplémentaire esgn du microprocesseur 40 et directement utilisable par celui-ci pour générer les signaux de commandes, Vco, Vd, DO et lY, selon une chronologie respectant les conditions qui ont été énoncées ci-dessusIf it is a current sensor, it can be based on different physical principles magnetic coupling of the type "amperemetπque clamp" etc. In this case, the circuit 3 delivers on its output a signal V s representing the sign of the current / z , signal transmitted on an additional input e sgn of the microprocessor 40 and directly usable by the latter to generate the control signals, Vco, Vd, D O and lY, according to a chronology respecting the conditions which have been set forth below -above
Quelle que soit la variante du procédé selon l'invention, il y a nécessité de connaître le sens du courant lz dans la charge Z Cette nécessité peut constituer un inconvénient d'ordre économique, un capteur de courant est effectivement utilisé, comme selon le premier mode de réalisation qui vient d'être décrit Si la mesure du courant lz est souhaitée par ailleurs, pour des fins qui sortent du cadre de l'invention, un capteur de courant permettant cette mesure peut aussi fournir des informations utilisables pour déterminer le sens du courant lz dans la charge Z Par contre, si une telle mesure de courant n'est pas nécessaire, le capteur en question n'est utilisé que pour les besoins propres à l'inventionWhatever the variant of the method according to the invention, there is a need to know the direction of the current l z in the load Z This necessity can constitute an economic disadvantage, a current sensor is actually used, as according to the first embodiment which has just been described If the measurement of the current l z is desired moreover, for purposes which are outside the scope of the invention, a current sensor allowing this measurement can also provide information which can be used to determine the direction of the current l z in the load Z On the other hand, if such a current measurement is not necessary, the sensor in question is used only for the needs specific to the invention
Plutôt d'avoir recours à un capteur de courant, a pnoπ onéreux, il est possible de déduire le sens du courant du sens de la tension aux bornes de l'IBB de commutation 1 lorsque celui-ci est conducteur Lorsque ce dernier est bloqué, la tension à ses bornes correspond à la tension d'alimentation Ve- et ne doit pas être prise en compte Un circuit détecteur de tension peut être réalisé de façon très simple en recourant à des composants électroniques très bon marcné Une réalisation possible de cette fonction de détection de tension peut être effectuée par le circuit électronique 3 illustré sur la figure 4, ou par tout autre circuit similaire Cette solution présente l'avantage d'être particulièrement économique et cependant très performanteRather than having recourse to a costly current sensor, it is possible to deduce the direction of the current from the direction of the voltage across the terminals of the switching IBB 1 when the latter is conductive When the latter is blocked, the voltage at its terminals corresponds to the supply voltage V e - and must not be taken into account A voltage detector circuit can be produced in a very simple manner using very inexpensive electronic components. A possible realization of this voltage detection function can be carried out by the electronic circuit 3 illustrated in FIG. 4, or by any other circuit. similar This solution has the advantage of being particularly economical and yet very efficient
Dans l'exemple décrit, le circuit électronique 3 est réalisé à base d'un transistor NPN TR . Une diode de protection Di est disposée entre la base et l'émetteur du transistor TR,., polarisée en sens inverse de la jonction émetteur- base. Le collecteur du transistor 7T?ι est chargé par une résistance R3, reliée en son extrémité libre à la borne "+" d'une alimentation continue par exemple de 5V (standard "TTL"), la borne "-" de l'alimentation étant connectée à l'émetteur La base est reliée, d'une part, à la borne +5V de l'alimentation, via une résistance d'excursion haute R2 (résistance dite de "pull-up" selon la terminologie anglo-saxonne) et, d'autre part, à l'une des bornes de l'IBB de commutation 1 , via une autre résistance R,, en l'occurrence le point commun B entre les IBB 1 et 2. L'émetteur est relié à l'autre borne. C, de l'IBB de commutation 1. L'alimentation en énergie électrique peut être fournie par les circuits d'alimentation 41 (figure 3). Les valeurs ohmiques des différentes résistances et les caractéristiques des composants semi-conducteurs, diode et transistor, dépendent naturellement de l'application précise envisagée, notamment de l'amplitude de la tension à mesurer et de la tension maximale développée aux bornes de l'IBB de commutation 1. La détermination de ces différentes caractéristiques et valeurs est à la portée de l'Homme de métier et ne nécessite pas d'être développéeIn the example described, the electronic circuit 3 is produced based on an NPN transistor TR. A protection diode Di is arranged between the base and the emitter of the transistor TR,., Polarized in the opposite direction to the emitter-base junction. The collector of transistor 7T? Ι is charged by a resistor R 3 , connected at its free end to the terminal "+" of a continuous supply for example of 5V (standard "TTL"), the terminal "-" of the power supply connected to the transmitter The base is connected, on the one hand, to the + 5V terminal of the power supply, via a high excursion resistor R 2 (resistance called "pull-up" according to English terminology Saxon) and, on the other hand, to one of the terminals of the switching IBB 1, via another resistor R ,, in this case the common point B between the IBB 1 and 2. The transmitter is connected at the other terminal. C, of the switching IBB 1. The supply of electrical energy can be supplied by the supply circuits 41 (FIG. 3). The ohmic values of the different resistances and the characteristics of the semiconductor components, diode and transistor, naturally depend on the precise application envisaged, in particular on the amplitude of the voltage to be measured and the maximum voltage developed across the terminals of the BWI 1. The determination of these different characteristics and values is within the reach of the skilled person and does not need to be developed.
Le circuit de détection est basé sur la polarisation en positif ou en négatif de la jonction base-émetteur du transistor Y via la résistance de "pull- up" précité, de façon à ce que le point de commutation du transistor T soit situé proche de la zone où la tension aux bornes de l'IBB de commutation est nulle La tension de sortie Vs sur le collecteur du transistor TR, varie alors entre 0 et +5V (dans l'exemple décrit), selon le sens du courant dans l'IBB de commutation 1. On mesure en effet des tensions de saturation "+" ou "-" aux bornes de l'IBB de commutation 1 , selon que I' "IGBT" 10 ou !' "IGBT" 1 1 est a l'état conducteur c'est-à-dire selon l'alternance en cours de la tension d'alimentation Ve~ The detection circuit is based on the positive or negative polarization of the base-emitter junction of transistor Y via the above-mentioned "pull-up" resistor, so that the switching point of transistor T is located close to the area where the voltage across the switching IBB is zero The output voltage V s on the collector of transistor TR, then varies between 0 and + 5V (in the example described), depending on the direction of the current in l 'IBB switching 1. In fact, saturation voltages "+" or "-" are measured IBB switching terminals 1, depending on whether I '"IGBT" 10 or!'"IGBT" 1 1 is in the conducting state, that is to say according to the alternation in progress of the supply voltage V e ~
Durant l'état conducteur de l'IBB de commutation 1 I information du circuit 3 (sortie Vs) peut être directement exploitée En revanche à l'état bloqué, le sens du courant avant le blocage doit être mémorisé En effet lors du blocage, le courant dans la charge Z se boucle dans l'IBB de "roue libre" 2, décroît, s'annule, mais ne change pas de sens La gestion des informations reçues par le circuit 3 est effectuée par le microprocesseur 40 qui possède des circuits de mémorisation internes ou externes mémoire volatile de type "RAM", registres, etc Dans les deux cas ci-dessus, le signal de sortie Vs est transmis à l'entrée esgπ du microprocesseur 40 Ce dernier par comparaison avec les états logiques "0" ou "1 " du signal de commande, élabore un signal interne mis en mémoire que l'on appellera ci-après Sc L'organigramme de la figure 5 illustre les variations des principaux signaux en fonction du temps représenté par un axe horizontal 0 - , d'origine arbitraire t = 0 synchronisée avec un zéro du courant lz il s'agit naturellement de formes idéales, ces fonctions étant dans la réalité perturbées par le "hachage" On peut d'ailleurs atténuer les perturbations en filtrant les harmoniques de rangs élevés par un condensateur (non représenté) de faible valeur capacitive placé aux bornes (A et C) de la source d'alimentation primaire V*.During the conductive state of the switching IBB 1 I information of circuit 3 (output V s ) can be directly exploited On the other hand in the blocked state, the direction of the current before blocking must be memorized Indeed during blocking, the current in the load Z is looped in the "freewheeling" IBB 2, decreases, is canceled, but does not change direction The management of the information received by the circuit 3 is carried out by the microprocessor 40 which has circuits of internal or external storage volatile memory of the "RAM" type, registers, etc. In the two above cases, the output signal V s is transmitted to the input e sgπ of the microprocessor 40 The latter by comparison with the logic states " 0 "or" 1 "of the control signal, develops an internal signal stored in memory which will be called hereinafter S c The flow diagram of FIG. 5 illustrates the variations of the main signals as a function of time represented by a horizontal axis 0 -, of arbitrary origin t = 0 synchronized with a zero of the current l z these are naturally ideal forms, these functions being in reality disturbed by the "hash" We can moreover attenuate the disturbances by filtering the harmonics of high ranks by a capacitor (not shown) of low capacitive value placed at the terminals (A and C) of the primary power source V * .
Les courbes sur la partie supérieure de la figure 5 représentent la tension d'entrée V*. et le courant lz dans la charge Z, respectivement Les signaux correspondantssont tous deux des fonctions à variation sinusoïdale, de même période T, mais décalées dans le temps d'une valeur ΔT, du fait d'un déphasage dû à l'inductance / de la charge provoquant un déphasage retard d'amplitude φ II s'ensuit que ces deux fonctions ne passent pas par zéro aux mêmes instants On peut donc considérer quatre cas différents, que l'on a illustré sur la figure 5 dans les intervalles de temps, T-\ à T4, bornés respectivement par les temps r = 0, t = t , t = t2, t = fe, et t = t4, étant entendu que cette séquence se répète indéfiniment, tant que le convertisseur CONV (figure 2) est en fonctionnement. Ces intervalles de temps correspondent aux conditions de tension d'entrée \γ et de courant lz portées dans le tableau ci-dessous .The curves on the upper part of Figure 5 represent the input voltage V * . and the current l z in the load Z, respectively The corresponding signals are both functions with sinusoidal variation, of the same period T, but shifted in time by a value ΔT, due to a phase shift due to the inductance / of the load causing a phase shift amplitude delay φ It follows that these two functions do not go through zero at the same times We can therefore consider four different cases, which we illustrated in Figure 5 in the time intervals , T- \ to T 4 , bounded respectively by the times r = 0, t = t, t = t 2 , t = fe, and t = t 4 , it being understood that this sequence is repeats indefinitely, as long as the CONV converter (Figure 2) is running. These time intervals correspond to the input voltage \ γ and current l z conditions given in the table below.
Figure imgf000018_0001
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Dans l'exemple de la figure 5, le courant iz est arbitrairement positif pendant l'intervalle de temps T et négatif pendant l'intervalle de temps 73. Pendant ces intervalles de temps, le signe de la tension aux bornes (A et B) de l'IBB de commutation 1 reste constant : courbe Sιgn.In the example of FIG. 5, the current i z is arbitrarily positive during the time interval T and negative during the time interval 7 3 . During these time intervals, the sign of the voltage at the terminals (A and B) of the switching IBB 1 remains constant: curve S ιgn .
Par contre, pendant les intervalles T2 et T , le signe de la tension aux bornes de l'IBB 1 change au rythme du signal VPWM : sens de la tension V*. pour l'état "roue libre" (l'IBB de "roue libre 1 étant passant) et sens du courant lz pour l'état passant. La courbe SiZ, représentant la variable interne "sens de lz", échantillonne le signe de la tension aux bornes de l'IBB de commutation 2 au moment de la transition entre l'état passant et l'état "roue libre". Par convention, l'état passant est commandé par l'état "1 " logique des signaux VFWM et l'état "roue libre" par l'état "0" logique de ces signaux.On the other hand, during the intervals T 2 and T, the sign of the voltage across the terminals of the IBB 1 changes at the rate of the signal V PWM : direction of the voltage V * . for the "freewheeling" state (the IBB of "freewheel 1 being passing) and direction of the current l z for the passing state. The curve S iZ , representing the internal variable" direction of l z ", samples the sign of the voltage across the switching IBB 2 at the time of the transition between the on state and the "freewheel" state. By convention, the on state is controlled by the logic "1" state of the V FWM signals and the "freewheeling" state by the logic "0" state of these signals.
Sur la figure 3, on a représenté également un circuit auxiliaire, référencé 46, permettant la détection d'un court-circuit dans l'IBB de commutation 1 et sa protection en cas de court-circuit effectivement détecté. Pour ce faire, ce circuit de détection et de protection 46 est placé entre les bornes C et B précitées, la borne C étant connectée à une entrée de détection de court-circuit edcc. L'alimentation en énergie électrique (+5 V) peut être fournie par les circuits 41.FIG. 3 also shows an auxiliary circuit, referenced 46, allowing the detection of a short circuit in the switching IBB 1 and its protection in the event of a short circuit actually detected. To do this, this detection and protection circuit 46 is placed between the aforementioned terminals C and B, the terminal C being connected to a short circuit detection input e dcc . The power supply (+5 V) can be supplied by circuits 41.
Le fonctionnement du circuit 46 est basé sur la mesure de la tension de saturation des "IGBTs" 20 et 21 à l'état passant. En effet, la tension de saturation d'un tel composant (ainsi d'ailleurs que de nombreux autres composants similaires) va dépasser un seuil prédéterminé, dépendant du composant précisément utilisé, lorsque le courant le traversant augment très fortement C'est naturellement le cas lors de l'apparition d'un court-circuit Pour fixer les idées, l'ordre de grandeur du seuil dont le dépassement doit être détecté est typiquement de 4 V Un signal de sortie, en tout ou rien, par exemple variant entre 0 et +5 V, est transmis à un entrée dite de "reset" du microprocesseur 40 La détection de court-circuit occasionne la génération de signaux de commande qui bloquent les deux "IGBTs" de commutation, 20 et 21 , et rendent passants les deux "IGBTs", 10 et 11 , de "roue libre"The operation of the circuit 46 is based on the measurement of the saturation voltage of the "IGBTs" 20 and 21 in the on state. Indeed, the saturation voltage of such a component (as well as many other similar components) will exceed a predetermined threshold, depending on the component precisely used, when the current passing through it increases very strongly This is naturally the case during the appearance of a short circuit To fix ideas, the order of magnitude of the threshold whose overshoot must be detected is typically 4 V An output signal, in all or nothing , for example varying between 0 and +5 V, is transmitted to a so-called "reset" input of the microprocessor 40 The short-circuit detection causes the generation of control signals which block the two switching "IGBTs", 20 and 21 , and pass by the two "IGBTs", 10 and 11, of "freewheeling"
Les opérations que doit effectuer le microprocesseur 40, notamment génération des différents signaux de commande, Vco, Va, VDO et \ZD1, en fonction notamment de comparaisons effectuées sur les états logiques des signaux d'entrées VPWM et esgrh de manière à respecter la chronologie qui a été rappelée, peuvent être pilotées par un programme ou un microprogramme enregistré A titre d'exemple, comme il est bien connu, un microprogramme peut être résident dans une mémoire fixe, de type "ROM", ou re-programmable, de type "PROM", "EPROM", ou similaire etc , mémoire (non représentée) interne ou externe au microprocesseur 40The operations which the microprocessor 40 must carry out, in particular generation of the various control signals, Vco, Va, V DO and \ Z D1 , as a function in particular of comparisons carried out on the logic states of the input signals V PWM and e sgrh so to respect the chronology which has been recalled, can be controlled by a program or a recorded firmware. By way of example, as is well known, a firmware can be resident in a fixed memory, of “ROM” type, or programmable, of the "PROM", "EPROM", or similar type, etc., memory (not shown) internal or external to the microprocessor 40
On constate aisément, à la lecture de ce qui précède, que l'invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixés Elle empêche notamment toute possibilité de mise en court-circuit, dû à la conduction simultanée des IBBs de commutation et de "roue libre", ainsi que l'apparition de phénomènes indésirables de surtension, dus, de façon duale, au blocage simultané de ces deux IBBs. Cette caractéristique peut être obtenu sans avoir à respecter une synchronisation rigoureuse entre les différents signaux de commande des commutateurs individuels ("IGBTs"), mais simplement en détectant le sens du courant dans la charge et en dérivant un signal de commande à partir de cette détection La mise en œuvre du procédé n'aboutit pas à une augmentation sensible de la complexité des circuits utilisés et/ou du coût de réalisation Comme il a été montré, l'essentiel des circuits de commande peut d'ailleurs être commun aux circuits similaires utilisés dans l'art connu En tout état de cause, les circuits de commande, spécifiques ou non à l'invention, font appel à des technologies couramment disponibles sur le marché (par exemple microprocesseurs, etc ) et bon marché Enfin, le convertisseur alternatif- alternatif proDrement dit ne nécessite aucune adaptation pour être associe a un circuit de commande mettant en œuvre le procède selon l'invention le convertisseur peut présenter une structure plus complexe et comprendre un plus grand nombre d'IBBs L'invention n'est cependant pas limitée aux seuls exemples de réalisation explicitement décrits, notamment en regard des figures 3 à 5 En particulier, bien que les commutateurs étaient été supposés être du type "IGBT" comme il a été indiqué, bien d'autres types de composants sont utilisables dans le cadre de l'invention Les valeurs numériques n'ont été précisées que pour fixer les idéesIt is easy to see, on reading the above, that the invention achieves the goals it has set itself. It notably prevents any possibility of short-circuiting, due to the simultaneous conduction of the switching and connection IBBs. "freewheeling", as well as the appearance of undesirable phenomena of overvoltage, due, in a dual way, to the simultaneous blocking of these two IBBs. This characteristic can be obtained without having to respect a strict synchronization between the different control signals of the individual switches ("IGBTs"), but simply by detecting the direction of the current in the load and by deriving a control signal from this detection. The implementation of the method does not result in a significant increase in the complexity of the circuits used and / or in the cost of production. As has been shown, most of the control circuits may moreover be common to similar circuits used. in the known art In any event, the control circuits, specific or not to the invention, call upon technologies commonly available on the market (for example microprocessors, etc.) and inexpensive Finally, the AC converter alternative ACTUALLY does not require any adaptation to be associated with a control circuit implementing the method according to the invention the converter can have a more complex structure and include a greater number of IBBs The invention is however not limited solely to the embodiments explicitly described, in particular with regard to FIGS. 3 to 5 In particular, although the switches were supposed to be of the "IGBT" type as indicated, many other types of components can be used in the context of the invention Numerical values have been specified only to fix ideas
Elles dépendent essentiellement de l'application précise visée They essentially depend on the precise application targeted

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de commande d'un convertisseur d'énergie électrique du type alternatif-alternatif alimentant une impédance de charge pouvant présenter une composante inductive par une source de tension alternative au travers d'au moins un premier commutateur bidirectionnel bi-commandable, ledit convertisseur comprenant un deuxième commutateur bidirectionnel bi- commandable disposé aux bornes de ladite charge, en cascade avec ledit premier commutateur, dit de "roue libre", de manière à permettre le rebouclage d'un courant inductif dans ladite impédance de charge, lesdits commutateurs comprenant chacun deux interrupteurs monodirectionnels disposés tête-bêche, ledit procédé comprenant la génération de séquences de signaux de commande transmis aux dits interrupteurs monodirectionnels desdits premier et deuxième commutateurs, de manière à les amener alternativement dans un état conducteur, durant lequel ledit premier commutateur est passant et ledit deuxième commutateur est bloqué, et dans un état bloqué durant lequel ledit premier commutateur est bloqué et ledit deuxième commutateur est passant, caractérisé en ce qu'il comprend la détermination continue (3) du sens du courant (lz) circulant dans ladite impédance de charge (Z), et, en fonction dudit sens du courant (/z), en ce qu'il comprend les séquences suivantes, par envoi sélectif d'un desdits signaux de commandes : a/ lors de la transition dudit état conducteur audit état bloqué : ai ) blocage dudit interrupteur (10-1 1 ) tourné dans le sens opposé au courant (lz) dudit premier commutateur (1 ) ; a2) puis amorçage d'au moins ledit interrupteur (20-21 ) tourné dans le sens du courant (lz) dudit deuxième commutateur (2) ; a3) puis blocage d'au moins ledit interrupteur (10-11 ) tourné dans le sens du courant (lz) dudit premier commutateur (1 ) ; et b/ lors de la transition dudit état bloqué audit état conducteur b1 ) blocage d'au moins ledit interrupteur (20-21 ) tourne dans le sens opposé au courant (lz) dudit deuxième commutateur (2) , b2) puis amorçage d'au moins ledit interrupteur (10-11 ) tourné dans le sens du courant (lz) dudit premier commutateur (1 ) , b3) puis blocage d'au moins ledit interrupteur (20-21 ) tourné dans le sens du courant (lz) dudit deuxième commutateur (2)1. Method for controlling an alternating-alternating electrical energy converter supplying a load impedance which may have an inductive component by an alternating voltage source through at least one first bi-controllable bidirectional switch, said converter comprising a second bi-controllable bidirectional switch arranged at the terminals of said load, in cascade with said first switch, called "freewheel", so as to allow the looping of an inductive current into said load impedance, said switches each comprising two one-way switches arranged head to tail, said method comprising the generation of sequences of control signals transmitted to said one-way switches of said first and second switches, so as to bring them alternately into a conductive state, during which said first switch is on and said second switch e st blocked, and in a blocked state during which said first switch is blocked and said second switch is on, characterized in that it comprises the continuous determination (3) of the direction of the current (l z ) flowing in said load impedance ( Z), and, as a function of said direction of current (/ z ), in that it comprises the following sequences, by selective sending of one of said control signals: a / during the transition from said conductive state to said blocked state: ai) blocking of said switch (10-1 1) turned in the opposite direction to the current (l z ) of said first switch (1); a2) then ignition of at least said switch (20-21) turned in the direction of current (l z ) of said second switch (2); a3) then blocking at least said switch (10-11) turned in the current direction (l z ) of said first switch (1); and b / during the transition from said blocked state to said conductive state b1) blocking of at least said switch (20-21) turns in the opposite direction to the current (l z ) of said second switch (2), b2) then initiation of at least said switch (10-11) turned in the direction of current (l z ) of said first switch (1), b3) then blocking of at least said switch (20-21) turned in the direction of current (l z ) of said second switch (2)
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérise en ce qu'il comprend également les étapes suivantes2. Method according to claim 1, characterized in that it also comprises the following steps
- après l'étape a3, amorçage aussi dudit interrupteur (20-21 ) tourné dans le sens opposé au courant (lz) dudit deuxième commutateur (2) , et - après l'étape b3, amorçage aussi d'au moins ledit interrupteur (10-- after step a3, also striking said switch (20-21) turned in the opposite direction to the current (l z ) of said second switch (2), and - after step b3, also striking at least said switch (10-
11 ) tourné dans le sens opposé au courant (lz) dudit premier commutateur (1 )11) turned in the opposite direction to the current (l z ) of said first switch (1)
3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ledit sens du courant (lz) dans ladite impédance de charge (Z) est déterminé à partir du signe de la tension développée aux bornes (C-B) dudit premier commutateur (1 ) lorsqu'il est au dit état conducteur3. Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that said direction of the current (l z ) in said load impedance (Z) is determined from the sign of the voltage developed across the terminals (CB) of said first switch (1) when in said conductive state
4. Dispositif de commande d'un convertisseur d'énergie électrique du type alternatif-alternatif pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un système de traitement de l'information à programme enregistre (40) pour la génération desdites séquences de signaux de commande (Vco, VCι, VDO, VD1) à partir d'un signal alternatif de commande de découpage ( VPWM) de ladite source de tension alternative (\ et d'un signal (S/ ) représentant ladite détermination du sens du courant dans ladite impédance de charge (Z) 4. Control device for an alternating-alternating electrical energy converter for implementing the method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a system for processing the program information recorded (40) for the generation of said sequences of control signals (Vco, V C ι, V DO , V D1 ) from an alternating chopping control signal (V PWM ) of said alternating voltage source (\ and a signal (S / ) representing said determination of the direction of the current in said load impedance (Z)
5. Dispositif selon la revendication 4 caractérise en ce que ledit système αe traitement de l'information est réalise a base d'un microprocesseur ou d'un micro-contrôleur (40)5. Device according to Claim 4, characterized in that the said information processing system is carried out on the basis of a microprocessor or a micro-controller (40)
6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérise en ce qu'il comprend des interfaces d'isolation galvaniques (42, 43 44, 45) disposées entre des sorties (Sco, SCι, SDO, SDI ) dudit système de traitement de l'information (40) générant lesdits signaux de commande ( Vco, Vcι, D , ) desdites séquences et des entrées de commandes αesdits interrupteurs monodirectionnels (10, 1 1 , 20, 21 )6. Device according to one of claims 4 or 5, characterized in that it comprises galvanic isolation interfaces (42, 43 44, 45) disposed between outputs (Sco, S C ι, S DO , S DI ) of said information processing system (40) generating said control signals (Vco, Vcι, D , ) of said sequences and of command inputs α of said one-way switches (10, 1 1, 20, 21)
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérise en ce que ledit signal alternatif de commande de découpage { VPWM) est un signal impulsionnel modulé en largeur d'impulsion, de manière à réguler l'amplitude de la tension développée aux bornes de ladite impédance de charge (Z)7. Device according to any one of claims 4 to 6 characterized in that said alternating chopping control signal (V PWM ) is a pulse signal modulated in pulse width, so as to regulate the amplitude of the developed voltage across said load impedance (Z)
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (3) de détermination dudit sens du courant circulant (lz) dans ladite impédance de charge (Z) réalisé à base d'un commutateur à transistor bipolaire (TRi) dont la jonction base-émetteur est polarisée à l'aide d'une résistance d'excursion haute dite de "pull-up" (R2), de telle façon que le point de commutation dudit transistor (TRi) entre des états conducteur et bloqué soit situé proche de la tension développée aux bornes dudit premier commutateur (1 ) lorsqu'il est audit état conducteur, et en ce qu'un signal de sortie (Vs), pris sur le collecteur dudit transistor (TR,) représente un premier sens dudit courant (lz) dans un premier état de commutation et un second sens dudit courant dans un second état de communication, ledit signal de sortie ( Vs) étant transmis sur une entrée (esgn) de détection de sens de courant (lz) dudit système de traitement de l'information (40)8. Device according to any one of claims 4 to 7, characterized in that it comprises a circuit (3) for determining said direction of the circulating current (l z ) in said load impedance (Z) made on the basis of a bipolar transistor switch (TRi), the base-emitter junction of which is biased using a high pull-up resistor known as a "pull-up" (R 2 ), so that the switching point of said transistor (TRi) between conductive and blocked states is located close to the voltage developed across said first switch (1) when it is at said conductive state, and in that an output signal (V s ), taken from the collector of said transistor (TR,) represents a first direction of said current (l z ) in a first switching state and a second direction of said current in a second communication state, said output signal (V s ) being transmitted on an input (e sgn ) for detecting the direction of current (l z ) of said tra information processing (40)
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit système de traitement de l'information (40) comprend des moyens de mémorisation pour mémoriser le sens dudit courant (lz) avant ladite transition dudit état conducteur audit état bloque et conserver cet état mémorise pendant des intervalles de temps pour lesquels le signe de ladite tension alternative d'alimentation (\Y) et dudit courant (lz) circulant dans ladite impédance de charge (Z) sont opposés, de manière à générer une variable (Sι ) prenant des premier et second états logiques, un premier état logique étant associe à un premier sens dudit courant (IZ) et un second état logique à un seconα sens dudit courant (lz), ladite variable (Sz) constituant ledit signal représentant ladite détermination du sens du courant (lz) circulant dans ladite impédance de charge (Z)9. Device according to claim 8, characterized in that said information processing system (40) comprises storage means for storing the direction of said current (l z ) before said transition from said state conductor of said state blocks and keeps this memorized state during time intervals for which the sign of said alternating supply voltage (\ Y) and of said current (l z ) flowing in said load impedance (Z) are opposite, so generating a variable (Sι) taking first and second logic states, a first logic state being associated with a first direction of said current (I Z ) and a second logic state with a second direction of said current (l z ), said variable ( S z ) constituting said signal representing said determination of the direction of the current (l z ) flowing in said load impedance (Z)
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que lesdits interrupteurs monodirectionnels (10 1 1 20 21 ) desdits commutateurs (1 , 2) sont des composants semi-conducteurs du type dit 'IGBT"10. Device according to any one of claims 4 to 6 characterized in that said one-way switches (10 1 1 20 21) of said switches (1, 2) are semiconductor components of the so-called 'IGBT' type
11. D.spositif selon la revendication 10, caractérisé en ce lesdits composants semi-conducteurs (10, 1 1 , 20, 21 ) présentant une tension dite de saturation lorsqu'ils sont conducteurs, il comprend en outre un circuit (46) disposé aux bornes (C-B) dudit premier commutateur (1 ), pour la mesure de ladite tension de saturation et la détection du dépassement par celle-ci d'un seuil préétabli caractéristique d'un courant de court-circuit au travers de ladite impédance de charge (Z), et en ce que ledit circuit (46) délivre un signal de sortie ( Vdcc) transmis au dit système de traitement de l'information (40) de manière à générer des signaux de commande bloquant les interrupteurs (10, 11 ) dudit premier commutateur (1 ) et rendant conducteurs les interrupteurs (20, 21 ) dudit deuxième commutateur (2) 11. D. device according to claim 10, characterized in that said semiconductor components (10, 1 1, 20, 21) having a so-called saturation voltage when they are conductive, it further comprises a circuit (46) arranged at the terminals (CB) of said first switch (1), for measuring said saturation voltage and detecting that it exceeds a preset threshold characteristic of a short-circuit current through said load impedance (Z), and in that said circuit (46) delivers an output signal (V dcc ) transmitted to said information processing system (40) so as to generate control signals blocking the switches (10, 11 ) of said first switch (1) and making the switches (20, 21) of said second switch (2) conductive
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004091087A2 (en) * 2003-04-09 2004-10-21 Sinetek Inc. Energy saving electrical power control device and method

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3913002A (en) * 1974-01-02 1975-10-14 Gen Electric Power circuits for obtaining a high power factor electronically
JPH06201738A (en) * 1993-01-06 1994-07-22 Mitsubishi Electric Corp Electric current detecting circuit
EP0631372A1 (en) * 1993-06-24 1994-12-28 Strand Lighting Limited Power control circuit
JPH07213062A (en) * 1994-01-24 1995-08-11 Nippon Electric Ind Co Ltd Gate-signal generation method of pwm cycloconverter
US5747972A (en) * 1995-01-11 1998-05-05 Microplanet Ltd. Method and apparatus for electronic power control
GB2320967A (en) * 1996-12-24 1998-07-08 Lyons Claude Ltd Controlling AC supply voltage
WO1999038248A1 (en) * 1998-01-20 1999-07-29 Bytecraft Pty. Ltd. Ac power converter
US5932934A (en) * 1997-03-12 1999-08-03 Ascom Frako Gmbh Circuit for the infinite direct or indirect variation of the direct and/or alternating current flowing through a load operated by a mains DC or AC voltage or an arbitrary combination thereof
US5942884A (en) * 1995-05-24 1999-08-24 Soar; Stephen Electronic transformer/regulator

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3913002A (en) * 1974-01-02 1975-10-14 Gen Electric Power circuits for obtaining a high power factor electronically
JPH06201738A (en) * 1993-01-06 1994-07-22 Mitsubishi Electric Corp Electric current detecting circuit
EP0631372A1 (en) * 1993-06-24 1994-12-28 Strand Lighting Limited Power control circuit
JPH07213062A (en) * 1994-01-24 1995-08-11 Nippon Electric Ind Co Ltd Gate-signal generation method of pwm cycloconverter
US5747972A (en) * 1995-01-11 1998-05-05 Microplanet Ltd. Method and apparatus for electronic power control
US5942884A (en) * 1995-05-24 1999-08-24 Soar; Stephen Electronic transformer/regulator
GB2320967A (en) * 1996-12-24 1998-07-08 Lyons Claude Ltd Controlling AC supply voltage
US5932934A (en) * 1997-03-12 1999-08-03 Ascom Frako Gmbh Circuit for the infinite direct or indirect variation of the direct and/or alternating current flowing through a load operated by a mains DC or AC voltage or an arbitrary combination thereof
WO1999038248A1 (en) * 1998-01-20 1999-07-29 Bytecraft Pty. Ltd. Ac power converter

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 018, no. 555 (P - 1816) 21 October 1994 (1994-10-21) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 1995, no. 11 26 December 1995 (1995-12-26) *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004091087A2 (en) * 2003-04-09 2004-10-21 Sinetek Inc. Energy saving electrical power control device and method
WO2004091087A3 (en) * 2003-04-09 2004-12-02 Sinetek Inc Energy saving electrical power control device and method
US6995481B2 (en) 2003-04-09 2006-02-07 Sinetek Inc. Energy saving electrical power control device and method

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