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CONVERTISSEUR ELEVATEUR DE TENSION
L'invention concerne un convertisseur élévateur de tension, ou
boost converter » en langue anglaise, permettant d'obtenir à partir une
tension continue d'entrée une tension continue de sortie de valeur plus
élevée que la tension d'alimentation.
II s'avère parfois nécessaire, pour alimenter certains dispositifs
électroniques, notamment ceux destinés à l'aéronautique, de générer des
tensions électriques de niveau élevé, à partir d'un générateur commun
d'alimentation basse tension. Les « boost converter » utilisés à cet effet
sont
des convertisseurs à découpage non isolés pour conserver des rendements
élevés et des dimensions réduites.
La figure 1 a montre un schéma de principe d'un convertisseur
élévateur de tension de l'état de l'art.
Le circuit de la figure 1 a est alimenté, par deux bornes d'entrée A
~5 et B, par un générateur E de tension d'entrée continue Vin et fourni une
tension continue de sortie Vout sur une charge Rout en parallèle sur une
capacité Cout. Le pôle positif du générateur E est connecté, à travers une
inductance Lin et une diode Dd, à une borne C de la résistance Rout en
parallèle avec la capacité Cout, l'autre borne D de la résistance Rout étant
2o connectée au pôle négatif du générateur E. Un interrupteur Int connecté,
d'une part, au point de connexion de l'inductance Lin et la diode Dd et,
d'autre part, au pôle négatif du générateur E, assure périodiquement la mise
en parallèle de l'inductance Lin avec le générateur E.
L'interrupteur Int est commandé à l'état passant pendant le temps
25 Ton et ouvert pendant le temps Toff. La diode Dd est conductrice pendant le
temps Toff et ouverte pendant le temps Ton. On appelle a=Tonl(Ton+Toff) le
rapport cyclique.
La figure 1 b montre le signal de commande de l'interrupteur Int du
« boost converter ».
3o Lorsque Int est fermé, pendant le temps Ton, l'inductance Lin voit à
ses bornes la tension Vin du générateur E. Le courant ILin dans cette
inductance croît de la valeur
~ILinTo~ = Vin.TonILin
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Lorsque l'interrupteur Int est ouvert et que la diode Dd conduit, c'est
à dire pendant le temps Toff, l'inductance Lin voit à ses bornes la différence
entre la tension d'entrée Vin et la tension de sortie Vout. Le courant ILin
dans
cette inductance décroTt donc de la valeur
s OILinTor~ _ ((Vin-Vout).Toff)/Lin
Le régime d'équilibre est atteint lorsque la somme de ces deux
variations est nulle, soit
{(Vin-Vout).Toff)/Lin + Vin.Ton/Lin =0
qui conduit à l'expression de la tension d'équilibre
Vout = Vin/(1-a)
a étant compris entre 0 et 1, la tension de sortie Vout est donc plus
élevée que la tension d'entrée Vin, la structure de la figure 1a est celle
d'un
élévateur de tension.
La figure 1 c montre le courant dans le « boost converter » de la
~~ figure 1a.
En pratique, l'interrupteur Int peut être avantageusement réalisé par
des semi-conducteurs. On peut citer, de façon non limitative les transistors
MOS et bipolaires, les IGBT ou MCT.
Les convertisseurs élévateurs de tension de l'état de l'art comportent
2o des limitations. En effet, il est difficile d'obtenir des rapports de
tension
VoutNin supérieurs à 5 tout en conservant un rendement du convertisseur
optimal. En effet, l'interrupteur est soumis à la fois à de très fort courants
et
des tensions élevées.
D'autres structures non isolées peuvent être utilisées. On peut par
z5 exemple citer le convertisseur boost à autotransformateur ou la mise en
série
de deux convertisseurs boost. Toutes ces solutions ne présentent
malheureusement pas les performances de rendement attendues.
Afin de pallier les inconvénients des dispositifs élévateurs de tension
de l'état de l'art, l'invention propose un convertisseur élévateur de tension
3o comportant
- une paire de bornes d'entrée A et B pour connecter une tension
continue d'entrée Vin entre ces deux bornes ;
- une paire Po d'interrupteurs SB, SH en série connectée par
l'interrupteur SB à la borne d'entrée B, la borne d'entrée A étant connectée à
35 travers une inductance d'entrée Lin au point de connexion entre les deux
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interrupteurs SB et SH en série, chaque interrupteur SB, SH comportant des
moyens de commande pour être mis simultanément, l'un dans un état
passant l'autre dans un état isolé ;
- une paire de bornes de sortie C et D, pour alimentér, par une tension
de sortie Vout, une charge Rout, la borne de sortie D étant connectée à la
borne d'entrée B, caractérisé en ce qu'il comporte
- K autres paires supplémentaires P~, P2,....P;,...PK_~, PK
d'interrupteurs en série avec la paire Po entre la borne de sortie C et
l'interrupteur SH avec i = 1, 2,...K-1, K, les deux interrupteurs d'une même
paire supplémentaire P; étant connectés à travers une inductance de
récupération d'énergie Lr; ;
- K groupes d'entrée, Gins, Ginz,...Gin;,...GinK_~, GinK, de Ni capacités
C de même valeur en série chacun, avec i= 1, 2,...K-1, K et Ni = i,
l'électrode
des capacités d'une des deux extrémités de chaque groupe d'entrée étant
connectée au point commun entre les deux interrupteurs SB, SH de la paire
Po, au moins l'électrode des capacités de chacune des autres extrémités des
groupes d'entrée étant connectée respectivement au point commun entre
chaque l'interrupteur SH; et l'inductance de récupération Lr; de la paire
correspondante P; de même rang i,
- K groupes de sortie, Gout~, Gout2,...Gout;,...GOUtK_1, GoutK, de Mi
capacités C de même valeur en série chacun, avec i = 1, 2,...K et Mi=(K+1 )-
i, l'électrode des capacités d'une des deux extrémités des groupes de sortie
étant connectée à la borne de sortie C, au moins l'électrode des capacités de
chacune des autres extrémités des groupes de sortie étant connectée
respectivement au point de connexion entre deux paires d'interrupteurs
consécutives P;_~ et P; ;
en ce que les interrupteurs de ces autres K paires supplémentaires
sont commandés pour former, lorsque l'interrupteur SB de la paire Po relié à
la borne B est commandé dans l'état passant pendant un temps Ton, un
3o premier réseau de capacités connecté d'une part à travers l'interrupteur SB
à
la borne B et, d'autre part, à la borne C, comportant les groupes de capacités
d'entrée en série avec les groupes des capacités de sortie tels qu'un groupe
de capacités d'entrée Gin; est en série avec son respectif groupe de
capacités de sortie Gout;,
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et en ce que lorsque l'interrupteur SB de la paire Po relié à la borne
d'entrée B est commandé dans l'état isolé pendant un temps Toff ces autres
K paires d'interrupteurs forment un second réseau de capacités connecté à
la borne A à travers l'inductance d'entré Lin comportant le groupe d'entrée
GinK en parallèle avec le groupe de sortie Gout~, en parallèle avec des
groupes de capacités d'entrée en série avec des groupes des capacités de
sortie tels qu'un groupe de capacités d'entré Gin;_1 se trouve en série avec
un groupe de capacités de sortie Gout;.
La tension Vout en sortie du convertisseur est fonction du rapport
cyclique a=Ton/(Ton+Toff), les capacités C des réseaux ayant une même
valeur, la tension Vout est donnée par la relation
Vout = (Vin/(1-a)).(K+1 }
Les interrupteurs comportent une entrée de commande (moyen de
commande) pour étre mis simultanément, l'un dans un état passant par
15 l'application à son entrée de commande d'un premier signal de commande,
l'autre dans un état isolé par l'application à son entrée de commande d'un
second signal de commande complémentaire du premier.
En pratique, les interrupteurs peuvent être avantageusement
réalisés par des semi-conducteurs. On peut citer, de façon non limitative les
2o transistors MOS et bipolaires, les IGBT ou MCT.
Le convertisseur comporte en outre une capacité Cout de filtrage de
sortie en parallèle sur la charge Rout entre les bornes de sortie C et D.
Dans une réalisation d'un convertisseur élévateur, selon l'invention,
fournissant une tension de sortie Vout positive, le potentiel de la borne A
est
25 supérieur au potentiel de la borne B, le potentiel de la borne de sortie C
est
supérieur au potentiel de la borne de sortie D.
Dans une autre réalisation d'un convertisseur élévateur de tension,
selon l'invention, fournissant une tension négative, le potentiel de la borne
A
est inférieur au potentiel de la borne B, le potentiel de la borne de sortie C
3o est alors inférieur au potentiel de la borne de sortie D.
L'invention sera mieux comprise à l'aide d'exemples de réalisations
selon l'invention, en référence aux dessins indexés, dans lesquels
- La figure 1a, déjà décrite, montre un schéma de principe d'un
convertisseur élévateur de tension de l'état de l'art ;
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- la figure 1 b montre le signal de commande de l'interrupteur Int
du« boost converter » de la figure 1 a ;
- la figure 1 c montre le courant dans le« boost converter » de la figure
1a ;
5 - la figure 2 montre la structure générale du convertisseur selon
l'invention comportant K paires d'interrupteurs supplémentaires ;
- la figure 3a représente un exemple de réalisation d'un
convertisseur élévateur de tension à deux étages, selon l'invention, sans
l'inductance de récupération ;
~o - la figure 3b montre la structure d'une version négative du
convertisseur de la figure 3a ;
- la figure 4a montre une structure simplifiée du convertisseur
élévateur de tension de la figure 3a ;
- la figure 4b montre la structure d'une version négative du
~5 convertisseur de la figure 4a ;
- la figure 5a montre le convertisseur élévateur de tension de la
figure 3a comportant une inductance de récupération d'énergie ;
la figure 5b montre une première version d'une impédance Z;
pour fiabiliser le convertisseur selon l'invention ;
20 - la figure 5c montre une autre impédance Z; pour fiabiliser le
convertisseur selon l'invention ;
- la figure 5d montre une version simplifiée du convertisseur
élévateur de tension de la figure 5a ;
- la figure 6 montre un schéma équivalent du convertisseur de la
25 figure 5a selon l'invention pendant le temps Ton ;
- la figure 6a montre un schéma équivalent du convertisseur de la
figure 5d selon l'invention pendant le temps Ton ;
- la figure 7 montre les signaux de commande des interrupteurs
SB et SB1 du convertisseur de la figure 5a ;
30 - la figure 7a montre les signaux de commande de l'interrupteurs
SB du convertisseur de la figure 5d ;
- la figure 8 montre la variation du courant dans l'inductance de
récupération d'énergie du convertisseur de la figure 5a ;
- la figure 8a montre la variation du courant dans l'inductance de
35 récupération d'énergie du convertisseur de la figure 5d ;
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- la figure 9 représente l'espace énergétique de l'inductance de
récupération Lr~ et de la capacité Ceq de la figure 6 ;
- la figure 10a représente une première structure pratique du
convertisseur selon l'invention ne comportant pas d'interconnexion entre les
capacités d'un même niveau de potentiel ;
- la figure 10b représente la version négative du convertisseur de
la figure 10a ;
- la figure 11 représente une autre structure pratique comportant
des interconnexions entre les capacités d'un même niveau de potentiel ;
~o - la figure 12 représente la version négative du convertisseur de la
figure 11.
La figure 2 montre la structure générale du convertisseur élévateur de
tension selon l'invention comportant K paires d'interrupteurs
supplémentaires. Le convertisseur de la figure 2 comporte, en outre, une
~ 5 capacité Cout de filtrage de sortie en parallèle sur la charge Rout entre
les
bornes de sortie C et D.
Dans la structure générale du « boost converter » de la figure 2 selon
l'invention les tensions Vc aux bornes des capacités des groupes d'entrée
Gin; ou des groupes de sortie Gout; ont une même valeur continue, ainsi, les
2o capacités situées à un même niveau de potentiel peuvent étre reliées entre
elles. On peut ainsi réaliser simplement différentes structures du
convertisseur élévateur de tension que nous verrons par la suite.
La figure 3a représente un exemple de réalisation d'un convertisseur
élévateur de tension à deux étages (une seule paire supplémentaire), selon
25 l'invention, sans l'inductance de récupération, comportant deux paires
d'interrupteurs Po et Pi, ayant chacune deux interrupteurs connectés en
série. Les interrupteurs SB, SH pour la paire Po et les interrupteurs SB~, SH~
pour la paire supplémentaire P~. Chaque interrupteur d'une paire comporte
une entrée de commande pour être mis simultanément, l'un dans un état
3o passant par l'application à son entrée de commande d'un premier signal de
commande C1, l'autre dans un état isolé par l'application à son entrée de
commande d'un second signal de commande C2 complémentaire du
premier.
La figure 3b représente la version de tension négative du
s5 convertisseur élévateur de tension à deux étages de la figure 3a. Le
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convertisseur de la figure 3b, de même structure que celui de la figure 3a,
est
alimenté par un générateur E fournissant un potentiel Vin négatif entre les
bornes A et B d'entrée. La polarité de la capacité de sortie Cout est alors
inversée.
s La figure 4a montre une structure simplifiée du convertisseur
élévateur de la figure 3a comportant deux paires d'interrupteurs. Dans cette
structure simplifiée, les interrupteurs SBi, SHi de la paire P~ sont remplacés
par des diodes DB~, DH~. L'interrupteur SH de la paire Po connecté à la paire
P~ est aussi remplacé par une diode DH, seul l'interrupteur SB de la paire Po
~o doit être conservé. La cathode d'une diode d'une paire (Po) est connectée à
l'anode de la diode de la paire suivante (P~ )
La figure 4b montre la structure simplifiée de la version négative de
du convertisseur élévateur de la figure 3b. Dans cette structure de la figure
4b « miroir » de la structure de la figure 4a, l'anode de la diode d'une paire
15 (Po) est connectée à la cathode de la diode de la paire suivante (P~).
Comme
pour la version de tension négative du convertisseur de la figure 3b la
polarité de la capacité de sortie Cout est inversée.
La figure 5a montre le convertisseur élévateur de tension de la
figure 3a comportant une inductance de récupération d'énergie Lr~
2o permettant une amélioration du rendement du convertisseur. La capacité
d'entrée est désignée par Ce et la capacité de sortie par Cs.
Nous allons, par la suite, expliquer le fonctionnement du
convertisseur élévateur de tension de la figure 5a selon l'invention.
La figure 6 montre un schéma équivalent du convertisseur de la
25 figure 5a selon l'invention comportant l'inductance de récupération Lr~,
pendant la période Ton correspondant à la période de conduction des
interrupteurs des deux paires SB et SB1. Pendant ce temps Ton les
interrupteurs SB et SBi sont fermés, les interrupteurs SH et SH1 sont
ouverts, la capacité de sortie Cout est en parallèle avec les deux capacités
so Ce et Cs en série avec l'inductance Lr~ de récupération.
L'inductance de récupération Lr~ est calculée pour obtenir une
résonance du circuit oscillant de la figure 6 telle que
Ton = n Lr~ ~ Cey
avec
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Ceci _
-+--+
Cocct Ce Cs
Pour un résultat optimal, Ton est constant et égal à environ la
demi-période de la fréquence de résonance du circuit équivalent de la figure
6.
La figure 6a montre un schéma équivalent du convertisseur de la
figure 5d selon l'invention pendant le temps Ton.
Dans le cas de la figure 6a, la diode DB1 ouvre automatique le
circuit de résonance à l'annulation du courant dans l'inductance Lr~. Dans ce
cas, il suffit que la relation suivante soit respectée
I ôn ? ~ Lr ~ ~ Cey
~o La figure 7 montre les signaux de commande des interrupteurs SB
et SB1 du convertisseur de la figure 5a. Les autres interrupteurs sont
commandés de façon complémentaire.
La figure 8 montre la variation du courant ILr~ dans l'inductance de
récupération d'énergie Lr~ ainsi que la somme des tensions (Vce +Vcs) aux
~5 bornes des respectives capacités d'entré Ce et de sortie Cs (convertisseur
de la figure 5a).
Au temps t1 lors du passage de Toff à Ton, le courant dans
l'inductance est nul, la tension (Vce + Vcs) aux bornes des capacités Ce et
Cs est inférieure à la valeur moyenne de Vout et croît en passant par la
2o valeur moyenne de Vout, le courant dans l'inductance Lr~ augmente en
emmagasinant de l'énergie magnétique, passe par une valeur maximum
lorsque (Vce+Vcs) passe par la valeur moyenne de Vout, puis le courant
décroit jusqu'à une valeur nulle, correspondant à la fin de Ton, rendant
l'énergie aux capacités Ce et Cs. Pendant Toff, le courant dans l'inductance
25 Lr1 reste nul, la somme des tensions (Vce+Vcs) décroît car Ce et Cs sont
parcourues par le courant de l'inductance Lin, puis le cycle recommence au
début de Ton.
La figure 7a montre les signaux de commande de l'interrupteurs
SB du convertisseur de la figure 5d. La figure 8a montre la variation du
3o courant dans l'inductance de récupération d'énergie du convertisseur de la
figure 5d.
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La figure 9 représente l'espace énergétique de l'inductance de
récupération Lr~ et de la capacité Ceq du convertisseur. L'axe des abscisses
représente l'énergie capacitive Wc l'axe des ordonnées l'énergie inductive
WLr~, la variation d'énergie entre l'inductance et les capacités se produisant
dans le temps Ton. L'énergie est transférée des capacités vers l'inductance
de récupération puis rendue aux capacités.
L'accord du circuit du convertisseur à la fréquence de
fonctionnement avec l'inductance de récupération Lr~ diminue
considérablement les pertes de rééquilibrage de charges dans les capacités
Ce et Cs dans le circuit du « boost converter» selon l'invention. Ces pertes
deviennent alors pratiquement nulles. Cette amélioration du convertisseur de
la figure 3a avec inductances de récupération est applicable dans le cas
général à K paires supplémentaires d'interrupteurs (voir figure 2).
En outre, afin de rendre plus fiable le convertisseur élévateur selon
~5 l'invention, le convertisseur représenté à la figure 5d comporte en
parallèle
avec l'inductance de récupération Lr~ en série avec l'interrupteur SH~ de la
paire P~ une impédance Zi.
En effet, en pratique, le Ton ne représente pas parfaitement la demi
période de résonance du circuit équivalent de la figure 6, l'impédance Z~
2o permet de dissiper le courant résiduel et protéger les interrupteurs qui
sont
généralement des transistors MOS.
Cette amélioration du convertisseur de la figure 5a est applicable
dans le cas général, ainsi chaque paire supplémentaire P; du convertisseur
selon l'invention comporte en parallèle avec l'inductance de récupération Lr;
25 en série avec l'interrupteur SH; de la paire P; une impédance Z;.
La figure 5b montre une première version de l'impédance Z; pour
fiabiliser le convertisseur selon l'invention. L'impédance Z; comporte une
diode Ddz en série avec une résistance r, l'anode de la diode Ddz étant
reliée, dans le circuit du convertisseur, à l'inductance de récupération et
dans
3o une seconde version, montrée à la figure 5c, une autre impédance Z;
comporte la diode Ddz en série avec une diode zéner Dz, les deux cathodes
de la diode Dd et la diode zéner Dz étant reliées entre elles, l'anode de la
diode Ddz étant reliée, dans le circuit du convertisseur, à l'inductance de
récupération.
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D'autres types d'impédance Z; pour dissiper l'énergie résiduelle de
l'inductance Lr; peuvent bien sur être utilisés, par exemples des cellules RC
ou RCD utilisées classiquement dans le domaine de l'électronique de
puissance.
5 La figure 5d montre une version simplifiée du convertisseur
élévateur de tension de la figure 5a comportant deux paires d'interrupteurs
Po et P~ et une inductance de récupération Lr~. Dans cette structure
simplifiée, les interrupteurs SB~et SH~ de la paire P~ sont remplacés par des
diodes DB~ et DH~. L'interrupteur SH de la paire Po connecté à la paire Pi est
aussi remplacé par une diode DH, seul l'interrupteur SB de la paire Po doit
être conservé, la cathode d'une diode d'une paire étant connectée à l'anode
de la diode de la paire suivante. Comme dans le convertisseur élévateur de
la figure 5a utilisant des interrupteurs, les deux diodes de la paire P~ sont
reliées en série à travers une inductance de récupération Lr~.
La réalisation du convertisseur élévateur de tension simplifié avec
des diodes reste valable pour un nombre quelconque de paires
supplémentaires, ainsi, dans le cas général, les interrupteurs SB; et SH; des
paires P; supplémentaires sont remplacés respectivement par des diodes DB;
et DH;. L'interrupteur SH de la paire Po connecté à la paire P~ est une diode
2o DH, seul l'interrupteur SB de la paire Po doit être conservé. La cathode
d'une
diode d'une paire P;_~ étant connectée à l'anode de la diode de la paire
suivante P;. Comme dans le convertisseur élévateur avec des interrupteurs
de la figure 5a, les deux diodes de la paire P; sont reliées en série à
travers
une inductance de récupération Lr~.
L'explication du fonctionnement du convertisseur série comportant
l'inductance de récupération Lr~ à deux paires (K=1 ) reste valable pour un
nombre quelconque de K paires supplémentaires. En effet, les courants dans
les différentes paires P; et dans l'inductance de récupération correspondante
Lr; sont les mêmes, le nombre de capacités élémentaires C dans les groupes
3o mis en série par les interrupteurs étant les mêmes.
La structure générale du convertisseur élévateur de tension
représentée à la figure 2 permet de réaliser simplement différentes autres
structures pratiques et de déterminer directement la valeur des capacités
dans chaque branche d'entrée ou de sortie.
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En effet, comme cela a été dit précédemment, dans la structure
générale de la figure 2 comportant des capacités C de même valeur, les
tensions Vc aux bornes de chacune des capacités sont les mêmes pour les
groupes d'entrée et les mêmes pour les groupes de sortie, de ce fait, les
capacités d'un même niveau de potentiel peuvent être connectées en partie
ou en totalité en parallèle.
Les capacités d'un même niveau de potentiel Nin~ sont, par exemple,
toutes celles des groupes d'entrée Gins, Gin2,...Gin;,...GinK_~, GinK ayant
une électrode connectée au point commun entré les deux interrupteurs de la
paire Po, d'un niveau de potentiel Nin2, toutes celles connectées par une
électrode aux électrodes libres des capacités du niveau Nin~ et par l'autre
électrode à celles du niveau suivant Nin3 et ainsi de suite jusqu'au niveau
NinK.
De même, pour les capacités des groupes de sortie, nous aurons le
~ 5 niveau Nout~ pour toutes celles des groupes de sortie Gout~,
Gout2,...Gout;,...GoutK_~, GoutK ayant une électrode connectées au point
commun entre les deux paires d'interrupteurs Po et P~, d'un niveau de
potentiel Nout2 toutes celles connectées par une électrode aux électrodes
libres des capacités du niveau Nout~ et par l'autre électrode à celles du
2o niveau suivant Nout3 et ainsi de suite jusqu'au niveau NoutK.
Les traits en pointillés sur le schéma de la figure 2 représentent les
connexions possibles entre les capacités C de même valeur.
La figure 10a représente une première structure pratique du
convertisseur selon l'invention ne comportant pas d'interconnexions entre les
25 capacités d'un méme niveau de potentiel, chacun des groupes d'entrée Gin;
ou de sortie Gout; comporte respectivement une seule capacité Cea~,
Cea2,....Cea;......CeaK, pour les groupes d'entrée Gin; et Csa~,
Csa2...Csa;...
CsaK, pour les groupes de sortie Gout;.
La valeur de chacune des capacités d'entrée Cea; se déduit
3o simplement de la structure générale par le calcul de la capacité résultante
des Ni=i capacités C en série, avec i=1, 2,....K, i étant l'ordre du groupe
d'entrée considéré
Cea~ = C i=1
35 Cea2 =C/2 i=2
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Cea; = Cli ~ i
CeaK = CIK i=K
La valeur de chacune de ces capacités de sortie Csa; se déduit
simplement de la structure générale par le calcul de la capacité résultante de
Mi=(K+1 )- i capacités C en série, i étant l'ordre du groupe de sortie
considéré
~o
Csa~ = CIK i=1
Csa2 =C/(K-1 ) i=2
Csa; = CI(K+1 )-i i
......
CsaK = C i=K
La figure 10b représente la première structure pratique du
convertisseur de la figure 10a dans une version négative ne comportant pas
2o d'interconnexions entre les capacités d'un méme niveau de potentiel.
La figure 11 représente une autre structure pratique du convertisseur
selon l'invention, dans une version positive, comportant des interconnexions
entre les capacités d'un méme niveau Nv de potentiel (capacités en
parallèle), la structure comporte un seul groupe d'entrée Gin et un seul
groupe de sortie Gout. La capacité d'entrée Ceb;, pour chacun des niveaux
de potentiel Nin;" connectée entre les points de connexion des interrupteurs
de deux paires consécutives P;, P;_~, sera déduite simplement en calculant la
capacité Ceb; équivalente aux capacités en parallèle du niveau Nin;, de
potentiel considéré, soit
Ceb~ = C.K i=1
Ceb2 = C.(K-1 ) i=2
Ceb; = C.((K+1 )-i) i
......
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CebK=C i=K
La capacité de sortie Csb; de chacun des niveaux de potentiel Nout;,
connectée en parallèle avec sa respective paire d'interrupteurs P; sera
déduite simplement en calculant la capacité Csb; équivalente aux capacités
en parallèle du niveau Nout; considéré, i étant l'ordre du niveau de potentiel
en sortie considéré, soit
Csb~ = C i=1
1o Csb2 =C.2 i=2
Csb; = C.((K+1)-i) i
CsbK =C.K i=K
La figure 12 représente le convertisseur élévateur de tension de la
figure 11, dans une version simplifiée de tension négative, comportant des
interconnexions entre les capacités d'un même niveau Nv de potentiel. Dans
cette version simplifiée, les interrupteurs SB; et SH; des paires P;
2o supplémentaires sont remplacés respectivement par des diodes DB; et DH;.
L'interrupteur SH de la paire Po connecté à la paire P~ est une diode DH, seul
l'interrupteur SB de la paire Po doit être conservé. L'anode d'une diode d'une
paire P;_~ étant connectée à la cathode de la diode de la paire suivante P;.
Le
convertisseur de la figure 12, de méme structure que celui de la figure 11,
est
alimenté par un générateur E fournissant un potentiel Vin négatif entre les
bornes A et B d'entrée. La tension Vout étant négative, la polarité de la
capacité de sortie Cout est alors inversée.
Dans d'autres réalisations on peut, bien entendu, combiner les deux
types de réalisations pratiques en mettant des capacités en parallèle pour
3o certains groupes et en série pour d'autres.
On peut aussi réaliser des structures de conversion en combinant
plusieurs convertisseurs en parallèle, qu'ils soient positifs et/ou négatifs.
Les
signaux de commande des convertisseurs de la structure de conversion
peuvent alors être avantageusement déphasés de façon à réduire les
CA 02541325 2006-04-03
WO 2005/034320 PCT/EP2004/051543
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ondulations de courant d'entrée et/ou de sortie des convertisseurs
élévateurs.
Le convertisseur élévateur selon l'invention permet d'obtenir des
rendements supérieurs aux convertisseurs élévateurs de tension de l'état de
l'art avec des rapports de tension Vout/Vin bien supérieurs à cinq.
