FR3096845A1 - Système électronique de puissance pour convertir au moins une tension d’entrée en une tension de sortie continue, et procédé correspondant - Google Patents
Système électronique de puissance pour convertir au moins une tension d’entrée en une tension de sortie continue, et procédé correspondant Download PDFInfo
- Publication number
- FR3096845A1 FR3096845A1 FR1905750A FR1905750A FR3096845A1 FR 3096845 A1 FR3096845 A1 FR 3096845A1 FR 1905750 A FR1905750 A FR 1905750A FR 1905750 A FR1905750 A FR 1905750A FR 3096845 A1 FR3096845 A1 FR 3096845A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- output
- input
- voltage
- module
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 claims description 2
- 241000272470 Circus Species 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 101150012716 CDK1 gene Proteins 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
- H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
- H02J3/1807—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from DC input or output
- H02M1/143—Arrangements for reducing ripples from DC input or output using compensating arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
- H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
- H02M1/007—Plural converter units in cascade
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/30—Reactive power compensation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Système électronique de puissance pour convertir au moins une tension d’entrée en une tension de sortie continue , et procédé correspondant Système (électronique de puissance comprenant au moins un module (CV1) adapté pour être connecté à une source de tension délivrant une tension d’entrée (Ue1) continue entre une borne positive (AA1) et une borne négative (BB1), et pour transformer la tension d’entrée en une tension de sortie (Us1) continue entre une première sortie (CC1) et une deuxième sortie (DD1) du module. Le module comprend : - un circuit de commutation (3) comportant une première entrée (E1) et une deuxième entrée (E2) destinées à être connectées respectivement à la borne positive et à la borne négative de la source de tension, - un premier circuit de filtrage (5) ayant une première entrée (E6) connectée à une première sortie (E3) du circuit de commutation, et une deuxième entrée (E7) destinée à être connectée à la borne négative de la source de tension, et - un deuxième circuit de filtrage (7) ayant une première entrée (E10) connecté à une première sortie (E8) du premier circuit de filtrage, une deuxième entrée (E11) connectée à une deuxième sortie (E9) du premier circuit de filtrage, une première sortie (E12) connectée à la première sortie (CC1) du module, et une deuxième sortie (E13) connectée à la deuxième sortie (E4) du circuit de commutation, la deuxième sortie (E9) du premier circuit de filtrage étant en outre connectée à la deuxième sortie (DD1) du module. Procédé correspondant. Figure pour l'abrégé : Figure 2
Description
La présente invention concerne un système électronique de puissance comprenant au moins un module adapté pour être connecté à une source de tension délivrant une tension d’entrée continue entre une borne positive et une borne négative, et pour transformer la tension d’entrée en une tension de sortie continue entre une première sortie et une deuxième sortie du module, le module comprenant un circuit de commutation comportant une première entrée et une deuxième entrée destinées à être connectées respectivement à la borne positive et à la borne négative de la source de tension.
L’invention concerne également un procédé de conversion correspondant.
Avec l’avènement des énergies renouvelables, la multiplication des sources d’énergie électrique et le développement des systèmes embarqués, le besoin de faire travailler ensemble plusieurs sources d’énergie électrique de nature différente s’est accru. L’action de connecter ensemble plusieurs sources d’énergie électrique ne pose pas de problème lorsque ces dernières possèdent des tensions de sortie identiques les unes aux autres. Par contre, le problème se complique lorsque les tensions de sortie sont différentes.
Ainsi, pour sommer les puissances électriques produites par des sources électriques dont les tensions de sortie sont différentes, il est connu d’associer à chacune des sources un circuit électronique pour convertir chacune des tensions des sources électriques en des tensions de sortie ayant une grandeur prédéfinie.
On utilise pour ce faire des circuits hacheurs comportant une ou plusieurs cellules de commutation, par exemple des circuits élévateurs de tension (connus en anglais sous le nom de « boost »), ou des circuits élévateurs-abaisseurs de tension (connus en anglais sous le nom de « buck-boost »).
Toutefois, ces circuits de conversion occasionnent des pertes d’énergie, c’est-à-dire que la puissance électrique récupérée en sortie de l’un de ces circuits est un peu plus faible que la puissance électrique débitée par la source de tension. Il en résulte une perte d’énergie assez importante lorsqu’on souhaite sommer les puissances électriques de plusieurs générateurs ayant des niveaux de tension différents.
En outre, du fait de la présence d’une ou plusieurs cellules de commutation, ces circuits de conversion créent des instabilités dans les tensions de sortie, qu’il serait souhaitable de réduire.
Un but de l’invention est donc de fournir un circuit de conversion connectable à une source de tension et adapté pour fournir une tension de sortie ayant une grandeur prédéfinie, et ce avec des pertes énergétiques réduites par rapport aux circuits hacheurs de l’état de la technique, toutes choses égales par ailleurs.
A cet effet, l’invention a pour objet un système électronique de puissance du type décrit ci-dessus, dans lequel le module comprend en outre :
- un premier circuit de filtrage ayant une première entrée connectée à une première sortie du circuit de commutation, et une deuxième entrée destinée à être connectée à la borne négative de la source de tension, et
- un deuxième circuit de filtrage ayant une première entrée connectée à une première sortie du premier circuit de filtrage, une deuxième entrée connectée à une deuxième sortie du premier circuit de filtrage, une première sortie connectée à la première sortie du module, et une deuxième sortie connectée à la deuxième sortie du circuit de commutation, la deuxième sortie du premier circuit de filtrage étant en outre connectée à la deuxième sortie du module.
Suivant des modes de réalisation particuliers, le système selon l’invention comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le premier circuit de filtrage et le deuxième circuit de filtrage sont structurellement analogues l’un à l’autre ;
- le premier circuit de filtrage et/ou le deuxième circuit de filtrage comprend respectivement plusieurs inductances et plusieurs capacités, et est de préférence un circuit « LC » ;
- chacun du premier circuit de filtrage et du deuxième circuit de filtrage comprend une première branche reliant directement sa première entrée à sa première sortie, et une deuxième branche reliant directement sa deuxième entrée à sa deuxième sortie, chacune de la première branche et la deuxième branche comprenant au moins une inductance, de préférence de même valeur ;
- chacun du premier circuit de filtrage et du deuxième circuit de filtrage comprend une troisième branche reliant directement sa première entrée à sa deuxième sortie, et une quatrième branche reliant directement sa deuxième entrée à sa première sortie, chacune de la troisième branche et la quatrième branche comprenant au moins une capacité, de préférence de même valeur ;
- le circuit de commutation forme un circuit élévateur de tension ou un circuit élévateur-abaisseur de tension, lorsque la deuxième sortie du circuit de commutation est reliée directement à la borne négative de la source de tension ;
- le circuit de commutation comprend au moins une inductance de stockage et au moins une cellule de commutation ;
- lorsque ladite cellule de commutation est dans un état fermé, l’inductance de stockage soit en série avec une inductance du premier circuit de filtrage, avec une inductance du deuxième circuit de filtrage, et avec la source de tension ;
- le système comprend en outre au moins une deuxième source de tension continue, la première sortie et la deuxième sortie du module étant montées en série ou en parallèle avec la deuxième source de tension continue ; et
- le système comprend au moins un deuxième module structurellement analogue au module et destiné à être connecté en entrée à au moins une deuxième source de tension adaptée pour délivrer une deuxième tension d’entrée continue, le deuxième module étant adapté pour transformer la deuxième tension d’entrée en une deuxième tension de sortie continue entre une première sortie et deuxième sortie du deuxième module, la première sortie et la deuxième sortie du deuxième module étant montées en série ou en parallèle avec la première sortie et la deuxième sortie du module.
L’invention a également pour objet un procédé de conversion mettant en œuvre un système tel que décrit ci-dessus,
- le module étant connecté à la source de tension délivrant la tension d’entrée pour transformer la tension d’entrée en la tension de sortie, ou
- le système comprenant une pluralité de modules structurellement analogues entre eux et respectivement connectés à des sources de tension délivrant des tensions d’entrée, chacun des modules délivrant une tension de sortie continue, les modules étant connectés pour que leurs tensions de sortie respectives soient en série ou en parallèle les unes des autres.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
En référence à la figure 1, on décrit un système 1 selon l’invention.
Le système 1 est un système électronique de puissance adapté pour qu’une pluralité de sources de tension S1, S2, … Sn puissent travailler ensemble pour débiter une puissance électrique dans une charge Rch, par exemple une résistance électrique.
Le système 1 comprend une pluralité de modules CV1, CV2, … CVn connectés respectivement en entrée aux sources de tension S1… Sn.
Par « connecté », on entend dans le présent document « connecté électriquement » lorsqu’il s’agit de composants électriques ou électroniques, ou de points de contact (tels que des entrées ou des sorties).
Chacune des sources de tension Si, i étant un entier compris entre 1 et n, est adaptée pour délivrer une tension d’entrée Uei continue entre une borne positive AAi et une borne négative BBi. Chacune des sources de tension Si est par exemple directement une source de tension continue, ou, en variante, comprend une source de tension alternative et un redresseur.
Les sources de tension Si comprennent par exemple des panneaux solaires, ou des générateurs de puissance électrique faisant partie d’une hydrolienne (dispositif non représenté capable de convertir la puissance d’un flux liquide en une puissance électrique).
Les tensions Uei (avec i = 1, 2…n) sont des tensions continues au sens électrique du terme, c’est-à-dire qu’elles ne sont pas alternatives. Elles ne sont pas pour autant constantes.
Chacun des modules CVi est connecté en entrée aux bornes AAi et BBi de la source de tension Si. Chacun des modules CVi est adapté pour délivrer une tension de sortie Usi entre une première sortie CCi et une deuxième sortie DDi du module.
Les modules CVi sont avantageusement connectés les uns aux autres pour que les tensions de sortie Usi soient en série les unes par rapport aux autres et que leur somme forme une tension de sortie Us du système 1 aux bornes de la charge Rch.
Chacune des sources de tension Si est adaptée pour envoyer un courant Ii dans le module CVi et pour recevoir de ce module le même courant.
Le système 1 est adapté pour faire circuler un courant I dans la charge Rch.
Le courant I sort du module CV1 par la première sortie CC1, traverse la charge Rch, puis entre dans le module CVn par la deuxième sortie DDn.
Chacune des deuxièmes sorties DDi est connectée directement à la première sortie CCi+1 et reçoit le courant I de cette première sortie. Dit autrement, la deuxième sortie d’un module est connectée à la première sortie du module voisin situé en dessous sur la figure 1.
La figure 1 illustre donc un montage en série du côté de la sortie des modules CVi.
Selon une variante non représentée, les sorties des modules CVi sont connectés en parallèle les unes des autres. Les tensions de sortie Usi sont alors égales les unes aux autres et les courants qui sortent des modules CVi par les premières sorties CCi s’additionnent, leur somme traversant la charge Rch.
Selon une autre variante non représentée, le système 1 ne comprend que le module CV1 et la source de tension S1. Dans ce cas le module CV1 est simplement adapté pour convertir la tension d’entrée Ue1 en la tension de sortie Us1.
Selon une autre variante encore (non représentée), le système 1 comprend le module CV1, la source de tension S1, et la source de tension S2, la tension d’entrée Ue2 étant montée en série ou en parallèle directement avec la tension de sortie Us1.
Selon des modes de réalisation particuliers, le système 1 comprend deux, trois ou plus de modules CVi.
Dans l’exemple représenté sur la figure 1, les modules CVi sont structurellement analogues les uns aux autres, aussi seul le module CV1 sera décrit en détail ci-après en référence à la figure 2.
Le module CV1 comprend un circuit de commutation 3, un premier circuit de filtrage 5, et un deuxième circuit de filtrage 7.
Le circuit de commutation 3 est circuit de découpage de la tension d'entrée et donnant à sa sortie une tension de valeur moyenne différente.
Le circuit de commutation 3 comporte deux entrées E1 et E2 connectées respectivement à la borne positive AA1 et à la borne négative BB1 de la source de tension S1. Le circuit de commutation 3 comprend également une première sortie E3 et une deuxième sortie E4.
Dans l’exemple représenté, le circuit de commutation 3 est analogue au circuit hacheur « boost » représenté sur la figure 3, si ce n’est que la deuxième sortie E4 n’est pas directement connectée à la deuxième entrée E2. En effet, dans le module CV1, la deuxième sortie E4 est connectée à la première entrée E2 et à la borne négative BB1 seulement indirectement, via le premier circuit de filtrage 5 et le deuxième circuit de filtrage 7.
Le circuit de commutation 3 forme néanmoins un circuit hacheur adapté pour délivrer une tension hachée entre le point médian E5 et la deuxième sortie E4. La tension Un entre la première sortie E3 et la deuxième sortie E4 est lissée par le condensateur Cdc2.
Dans l’exemple représenté, le circuit de commutation 3 comprend une inductance de stockage L et une diode D montées en série entre la première entrée E1 et la première sortie E3, ces deux éléments définissant entre eux un point médian E5. Le circuit de commutation comprend également une cellule de commutation K disposée entre le point médian E5 et la deuxième sortie E4, un condensateur Cdc2 reliant la première sortie E3 et la deuxième sortie E4, et optionnellement un condensateur Cdc1 reliant la première entrée E1 et la deuxième entrée E2.
L’inductance de stockage L possède une résistance interne RL et est située entre la première entrée E1 et le point médian E5.
La diode D est située entre la première sortie E3 et le point médian E5. La diode D est une diode de puissance.
La cellule de commutation K est par exemple un composant MOSFET, IGBT, bipolaire ou GTO commandé par un circuit non représenté.
Les circuits de filtrages 5, 7 sont par exemple des filtres passe-tout, qui gardent le gain en tension constant, et introduisent un déphasage en fonction de la fréquence de la tension d’entrée.
Le premier circuit de filtrage 5 et le deuxième circuit de filtrage 7 sont par exemple montés en cascade. Ils comprennent respectivement plusieurs inductances L1, L2, L3, L4 et plusieurs capacités C1, C2, C3, C4, et sont de préférence des circuits « LC », c’est-à-dire qu’ils ne comprennent pas d’autres composants que des inductances et des capacités.
Avantageusement, le premier circuit de filtrage 5 et le deuxième circuit de filtrage 7 sont structurellement analogues l’un à l’autre.
Le premier circuit de filtrage 5 possède une première entrée E6 connectée à la première sortie E3 du circuit de commutation 3, et une deuxième entrée E7 reliée, de préférence directement, à la borne négative BB1de la source de tension S1. Le premier circuit de filtrage possède également une première sortie E8 et une deuxième sortie E9 respectivement reliées, de préférence directement, à une première entrée E10 et une deuxième entrée E11 du deuxième circuit de filtrage 7 (montage en cascade).
Le deuxième circuit de filtrage 7 comporte une première sortie E12 reliée, de préférence directement, à la première sortie CC1 du module CV1, et une deuxième sortie E13 reliée, de préférence directement, à la deuxième sortie E4 du circuit de commutation 3.
La première sortie E9 du premier circuit de filtrage 5 et la première entrée E11 du deuxième circuit de filtrage 7 sont directement reliées, de préférence directement, à la deuxième sortie DD1 du module CV1.
Le premier circuit de filtrage 5 comprend par exemple une première branche 9 reliant directement sa première entrée E6 à sa première sortie E8 et comprenant l’inductance L1. Le premier circuit de filtrage comprend aussi par exemple une deuxième branche 11 reliant directement sa deuxième entrée E7 à sa deuxième sortie E9 et comprenant l’inductance L2.
Le premier circuit de filtrage 5 comprend par exemple une troisième branche 13 reliant directement sa première entrée E6 à sa deuxième sortie E9 et comportant le condensateur C2, et par exemple une quatrième branche 15 reliant directement sa deuxième entrée E7 à sa première sortie E8 et comportant le condensateur C1.
Dans l’exemple représenté, les circuits de filtrage 5, 7 sont dits en « X », du fait de leurs troisièmes branches et quatrièmes branches qui se croisent.
Les inductances L1 et L2 ont avantageusement la même valeur (en mH), de même que les condensateurs C1 et C2 (en μF).
De même, le deuxième circuit de filtrage 7 comprend une première branche 17, une deuxième branche 19, une troisième branche 21 et une quatrième branche 23 analogues à celles du premier circuit de filtrage 5 et comportant respectivement l’inductance L3, l’inductance L4, le condensateur C4 et le condensateur C3.
Les inductances L3 et L4 sont avantageusement de même valeur, par exemple la même que celle des inductances L1, L2.
Les condensateurs C3 et C4 sont avantageusement de même valeur, par exemple celle des condensateurs C1 et C2.
Selon des variantes non représentées, un ou plusieurs circuits de filtrage additionnels, par exemple des circuits « LC », sont intercalés entre les circuits de filtrage 5 et 7, ou entre les sorties CC1, DD1 et le circuit de filtrage 7.
Le fonctionnement du système 1 va maintenant être décrit.
Les modules CV1-CVi fonctionnent de manière similaire les uns aux autres, aussi seul le fonctionnement du module CV1 est décrit ci-après.
La cellule de commutation K est commandée pour être cycliquement fermée pendant un temps Tc, pendant laquelle elle est conductrice, et ouverte pendant un temps To, pendant laquelle elle est bloquée (non conductrice).
Le rapport cyclique α1 du signal de commande est défini par α1 = Tc/(Tc+To).
Le ratio entre la tension de sortie Us1 et la tension d’entrée Ue1 est une fonction du rapport cyclique α1.
Lorsque le ratio de la résistance de charge Rch divisé par la résistance interne RL de l’inductance de stockage L est très grand, la relation entre les tensions d’entrée et de sortie est de la forme Us1/Ue1 = 1/(1- α1).
Ainsi, en jouant sur la commande de la cellule de commutation K, on obtient la tension de sortie Us1 désirée.
Les circuits de filtrage 5, 7 ont pour effet de stabiliser la tension de sortie Us1 par rapport à une situation où ils seraient absents. Ils ont aussi pour effet de réduire les pertes d’énergie comme on le verra dans un exemple ci-après.
Lorsque la cellule de commutation K est dans un état fermé, l’inductance de stockage L est en série avec les inductances L4 et L2 appartenant respectivement au deuxième circuit de filtrage et au premier circuit de filtrage. Dit autrement, le courant s’écoule dans le module CV1 comme représenté sur la figure 4 depuis la borne positive AA1 jusqu’à la borne négative BB1 en passant successivement par l’inductance de stockage L, la cellule de commutation K, l’inductance L4 et l’inductance L2 suivant les flèches épaisses représentées sur la figure 4. Ceci charge en énergie l’inductance de stockage L et les inductances L2 et L4.
Lorsque la cellule de commutation K est dans un état ouvert, le courant traverse toute la ligne supérieure du module CV1, c’est-à-dire successivement l’inductance de stockage L, la diode D, l’inductance L1 et l’inductance L3 suivant les flèches plus fines représentées sur la figure 4. Le courant revient de la deuxième sortie DD1 jusqu’à la borne négative BB1 en passant par l’inductance L2 suivant les flèches fines représentées sur la figure 4.
En commandant les cellules de commutation K de chacun des modules CVi, on règle les rapports cycliques αi de chacun des modules CVi pour ajuster les tensions de sorties Usi à des valeurs prédéterminées.
Ainsi, en faisant varier le rapport cyclique αi de chacun des modules CVi, il est possible d’ajuster la tension de sortie Us du système 1. Il est ainsi possible, par exemple, de fixer la valeur de la tension de sortie Us.
Selon un mode particulier de fonctionnement, tous les rapports cycliques αi sont égaux à une même valeur α contrôlée pour fixer la tension de sortie Us à une valeur prédéterminée.
Exemple
1
Dans cet exemple, le système 1 selon l’invention comprend seulement la source de tensions S1 et le module CV1. La tension de sortie Us1 alimente la charge Rch. Les valeurs des composants du module CV1 sont données dans le tableau ci-dessous.
On compare le système 1 à un système de référence analogue au système 1, mais dans lequel le module CV1 est remplacé par le circuit hacheur « boost » classique représenté sur la figure 3. Les composants du circuit hacheur « boost » ont les mêmes valeurs que les composants du circuit de commutation 3.
| Elément | Désignation | Valeur | Dénomination | Remarque |
| Circuits de filtrage 5, 7 | L1, L2, L3, L4 | 10 µH | Inductances | |
| RL1, RL2, RL3, RL4 | 1 mΩ | Résistances internes des inductances | ||
| C1, C2, C3, C4 | 33 µF | Capacités | ||
| Circuit de commutation 3ouCircuit hacheur « boost » classique | L | 500 µH | Inductance de stockage | |
| RL | 1 mΩ50 mΩ puis 500 mΩ | Résistance interne de l'inductance de stockage | ||
| Cdc1 | 1500 µF | Condensateur d'entrée | ||
| Cdc2 | 60 µF | Condensateur de sortie du circuit de commutation | ||
| Filtre de sortie « LC » | Lf | 60 µH | Inductance du filtre | Utilisé en sortie du système de référence. |
| Rf | 1 mΩ | Résistance interne de l'inductance | ||
| Cf | 47 µF | Capacité du filtre | ||
| Sources de tension | S1 | 48 V | Source de tension | |
| S2 | 24 V | Source de tension | ||
| S3 | 12 V | Source de tension | ||
| Charge | Rch | 5 Ω | Charge |
Tableau 1 – Valeur des composants dans l
es
exemples
Sur la figure 6, le ratio Rch/RL est de 5000, la valeur de RL étant de 1 mΩ. La courbe C1 montre l’évolution du ratio Us/Ue du système 1 en fonction du rapport cyclique, tandis que la courbe C2 montre le ratio Us/Ue du système de référence.
Sur la figure 7, le ratio Rch/RL est de 100, la valeur de RL étant de 50 mΩ. La courbe C3 montre l’évolution du ratio Us/Ue du système 1, tandis que la courbe C4 montre le ratio Us/Ue du système de référence.
Sur la figure 8, le ratio Rch/RL est de 10, la valeur de RL étant de 500 mΩ. La courbe C5 montre l’évolution du ratio Us/Ue du système 1, tandis que la courbe C6 montre le ratio Us/Ue du système de référence.
Comme on peut le constater, les courbes C1, C3 et C5 sont respectivement proches des courbes C2, C4 et C6, mais sont situées au-dessus. Ceci prouve que le système selon l’invention a bien un effet élévateur de tension, légèrement meilleur que celui du système de référence pour des composants de mêmes valeurs et dans des conditions de fonctionnement comparables.
Exemple
2
Dans cet exemple, le système 1 selon l’invention comprend trois sources de tensions S1, S2, S3 et trois module CV1, CV2, CV3 analogues entre eux et ayant le même rapport cyclique. Les tensions de sortie Us1, Us2, Us3 sont en série et alimentent la charge Rch. Les valeurs des composants des modules sont les mêmes que dans l’exemple 1 et données par le tableau ci-dessus.
On compare le système 1 à un système de référence analogue au système 1, mais dans lequel les modules CV1, CV2, CV3 sont remplacés respectivement par le circuit hacheur « boost » représenté sur la figure 3. Les composants des circuits hacheurs « boost » ont les mêmes valeurs que les composants du circuit de commutation 3.
Toutefois, les tensions de sortie Us1, Us2, Us3 étant très instables dans le système de référence, un filtre « LC » (non représenté) a été ajouté en sortie du système 1. Ce filtre comprend une inductance Lf montée entre la première sortie CC1 et la charge Rch, et une capacité Cf montée en parallèle de la charge Rch entre la première sortie CC1 et la deuxième sortie DD3 (du troisième circuit hacheur « boost »). Le tout forme un filtre passe bas.
Sur la figure 9, la courbe C7 représente l’évolution du rendement énergétique, en %, du système 1 en fonction du rapport cyclique, avec un ratio Rch/RL de 100. La courbe C8 représente l’évolution du rendement énergétique du système de référence dans les mêmes conditions. Dans les deux cas, le rendement est calculé comme la puissance Us.Is fournie en sortie à la charge Rch, divisée par la somme des puissance Ue1.Is1 + Ue2.Is2 + Ue3.Is3 fournies en entrée par les sources S1, S2, S3. La courbe C9 représente la différence entre les courbes C7 et C8.
On constate que le rendement énergétique du système 1 est bien meilleur que celui du système de référence pour des rapports cycliques non nuls. Par exemple, pour un rapport cyclique de 50%, le rendement est plus élevé d’environ 17%.
Sur la figure 10, la courbe C10 montre l’évolution du ratio Us/Ue du système 1, tandis que la courbe C11 montre le ration Us/Ue du système de référence. On constate que l’effet élévateur de tension du système 1 est meilleur que celui du système de référence.
Exemple 3
Afin de montrer l’effet stabilisateur des circuits de filtrage 5 et 7, le système 1 de l’exemple 1 a été repris (une seule source de tension S1, un seul module CV1) et comparé à nouveau au système de référence de l’exemple 1. Toutefois, une tension d’entrée Ue1 de 50V a été utilisée, et la fréquence de commutation de la cellule K a été abaissée de 30 à 3 kHz pour accentuer les ondulations. Le rapport cyclique est de 50%. Le ratio Rch/RL vaut 100.
Sur la figure 11, la courbe C12 montre l’évolution de la tension de sortie Us du système 1 selon l’invention en fonction du temps, avec des oscillations d’amplitude ΔU1. La courbe C13 montre l’évolution de la tension de sortie Us du système de référence, avec des oscillations d’amplitude ΔU2 beaucoup plus fortes. Ceci démontre que le module selon l’invention fournit une tension de sortie plus stable, toutes choses égales par ailleurs.
Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, en particulier les deux circuits de filtrage 5, 7, les modules CVi selon l’invention permettent de réduire l’instabilité des tensions de sortie Usi, et augmentent le rendement énergétique.
En référence à la figure 5, on décrit un module 100 selon une variante de l’invention. Le module 100 est analogue au module CV1 représenté sur la figure 2. Les éléments similaires portent les mêmes références alphanumériques et ne seront pas décrits à nouveau. Seule les différences seront décrites ci-après.
Le module 100 comprend un circuit de commutation 103 distinct du circuit de commutation 3 représenté sur la figure 2. En effet, le circuit de commutation 103 dérive d’un circuit hacheur élévateur-abaisseur de tension classique, dit « buck-boost » en anglais. Toutefois, dans le circuit de commutation 103, comme dans le circuit de commutation 3, la deuxième sortie E4 n’est pas directement reliée à la deuxième entrée E2. Lorsque les deux cellules de commutation K1 et K2 sont fermées, l’inductance de stockage L est en série avec les inductances L2 et L4 des circuits de filtrage 5 et 7.
Le circuit 103 comporte deux cellules de commutation K1 et K2 et deux diodes D1 et D2. Ceci permet d’élever ou d’abaisser la tension entre la première sortie E3 et la deuxième sortie E4 en fonction des rapports cycliques de ces cellules de commutation.
Le module 100 fonctionne de manière analogue au module CV1 et présente les mêmes avantages en terme de stabilité et rendement énergétique.
Ceci montre par ailleurs l’effet bénéfique inattendu des deux circuits de filtrage 5, 7 en association avec différents types de circuits de commutation.
Selon des modules de réalisation particuliers (non représentés), le module 100 est associé à des modules analogues à lui-même ou à des modules analogues au module CV1 pour réaliser un système analogue au système 1 représenté sur la figure 1, ou à ses variantes évoquées plus haut.
Claims (10)
- Système (1) électronique de puissance comprenant au moins un module (CV1 ; 100) adapté pour être connecté à une source de tension (S1) délivrant une tension d’entrée (Ue1) continue entre une borne positive (AA1) et une borne négative (BB1), et pour transformer la tension d’entrée (Ue1) en une tension de sortie (Us1) continue entre une première sortie (CC1) et une deuxième sortie (DD1) du module (CV1 ; 100), le module (CV1 ; 100) comprenant :
- un circuit de commutation (3 ; 103) comportant une première entrée (E1) et une deuxième entrée (E2) destinées à être connectées respectivement à la borne positive (AA1) et à la borne négative (BB1) de la source de tension (S1),
caractérisé en ce que le module (CV1 ; 100) comprend en outre :
- un premier circuit de filtrage (5) ayant une première entrée (E6) connectée à une première sortie (E3) du circuit de commutation (3 ; 103), et une deuxième entrée (E7) destinée à être connectée à la borne négative (BB1) de la source de tension (S1), et
- un deuxième circuit de filtrage (7) ayant une première entrée (E10) connectée à une première sortie (E8) du premier circuit de filtrage (5), une deuxième entrée (E11) connectée à une deuxième sortie (E9) du premier circuit de filtrage (5), une première sortie (E12) connectée à la première sortie (CC1) du module (CV1 ; 100), et une deuxième sortie (E13) connectée à la deuxième sortie (E4) du circuit de commutation (3 ; 103), la deuxième sortie (E9) du premier circuit de filtrage (5) étant en outre connectée à la deuxième sortie (DD1) du module (CV1 ; 100). - Système (1) selon la revendication 1, dans lequel le premier circuit de filtrage (5) et le deuxième circuit de filtrage (7) sont structurellement analogues l’un à l’autre.
- Système (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier circuit de filtrage (5) et/ou le deuxième circuit de filtrage (7) comprend respectivement plusieurs inductances (L1, L2, L3, L4) et plusieurs capacités (C1, C2, C3, C4), et est de préférence un circuit « LC ».
- Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chacun du premier circuit de filtrage (5) et du deuxième circuit de filtrage (7) comprend :
- une première branche (9, 17) reliant directement sa première entrée (E6, E10) à sa première sortie (E8, E12), et
- une deuxième branche (11, 19) reliant directement sa deuxième entrée (E7, E11) à sa deuxième sortie (E9, E13),
chacune de la première branche (9, 17) et la deuxième branche (11, 19) comprenant au moins une inductance (L1, L2, L3, L4), de préférence de même valeur. - Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chacun du premier circuit de filtrage (5) et du deuxième circuit de filtrage (7) comprend :
- une troisième branche (13, 21) reliant directement sa première entrée (E6, E10) à sa deuxième sortie (E9, E13), et
- une quatrième branche (15, 23) reliant directement sa deuxième entrée (E7, E11) à sa première sortie (E8, E12),
chacune de la troisième branche (13, 21) et la quatrième branche (15, 23) comprenant au moins une capacité (C1, C2, C3, C4), de préférence de même valeur. - Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le circuit de commutation (3 ; 103) forme un circuit élévateur de tension ou un circuit élévateur-abaisseur de tension lorsque la deuxième sortie (E4) du circuit de commutation (3; 103) est reliée directement à la borne négative (BB1) de la source de tension (S1).
- Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le circuit de commutation (3 ; 103) comprend au moins une inductance de stockage (L) et au moins une cellule de commutation (K ; K1, K2).
- Système (1) selon la revendication 7, configuré pour que, lorsque ladite cellule de commutation (K ; K1, K2) est dans un état fermé, l’inductance de stockage (L1, L2, L3, L4) soit en série avec une inductance (L2) du premier circuit de filtrage (5), avec une inductance (L4) du deuxième circuit de filtrage (7), et avec la source de tension (S1).
- Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, soit :
- comprenant en outre au moins une deuxième source de tension (S2) continue, la première sortie (CC1) et la deuxième sortie (DD1) du module (CV1 ; 100) étant montées en série ou en parallèle avec la deuxième source de tension (S2) continue, ou
- comprenant au moins un deuxième module (CV2) structurellement analogue au module (CV1 ; 100) et destiné à être connecté en entrée à au moins une deuxième source de tension (S2) adaptée pour délivrer une deuxième tension d’entrée (Ue2) continue, le deuxième module (CV2) étant adapté pour transformer la deuxième tension d’entrée (Ue2) en une deuxième tension de sortie (Us2) continue entre une première sortie (CC2) et deuxième sortie (DD2) du deuxième module (CV2), la première sortie (CC2) et la deuxième sortie (DD2) du deuxième module (CV2) étant montées en série ou en parallèle avec la première sortie (CC1) et la deuxième sortie (DD1) du module (CV1 ; 100). - Procédé de conversion mettant en œuvre un système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8,
- le module (CV1 ; 100) étant connecté à la source de tension (S1) délivrant la tension d’entrée (Ue1) pour transformer la tension d’entrée (Ue1) en la tension de sortie (Us1), ou
- le système (1) comprenant une pluralité de modules (CV1; 100, CV2…) structurellement analogues entre eux et respectivement connectés à des sources de tension (S1, S2…) délivrant des tensions d’entrée (Ue1, Ue2…), chacun des modules (CV1 ; 100, CV2…) délivrant une tension de sortie (Us1, Us2…) continue, les modules (CV1 ; 100, CV2…) étant connectés pour que leurs tensions de sortie (Us1, Us2…) respectives soient en série ou en parallèle les unes des autres.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1905750A FR3096845B1 (fr) | 2019-05-29 | 2019-05-29 | Système électronique de puissance pour convertir au moins une tension d’entrée en une tension de sortie continue, et procédé correspondant |
| PCT/EP2020/064757 WO2020239868A1 (fr) | 2019-05-29 | 2020-05-27 | Système électronique de puissance pour convertir au moins une tension d'entrée en une tension de sortie continue, et procédé correspondant |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1905750A FR3096845B1 (fr) | 2019-05-29 | 2019-05-29 | Système électronique de puissance pour convertir au moins une tension d’entrée en une tension de sortie continue, et procédé correspondant |
| FR1905750 | 2019-05-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3096845A1 true FR3096845A1 (fr) | 2020-12-04 |
| FR3096845B1 FR3096845B1 (fr) | 2021-05-14 |
Family
ID=67999869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1905750A Active FR3096845B1 (fr) | 2019-05-29 | 2019-05-29 | Système électronique de puissance pour convertir au moins une tension d’entrée en une tension de sortie continue, et procédé correspondant |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3096845B1 (fr) |
| WO (1) | WO2020239868A1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103855790A (zh) * | 2014-03-24 | 2014-06-11 | 电子科技大学 | 具有储能功能的智能光伏发电系统及其控制方法 |
| US20170222566A1 (en) * | 2016-02-03 | 2017-08-03 | Richtek Technology Corporation | Ac-to-dc power converter and related control circuits |
| EP3288170A1 (fr) * | 2016-08-22 | 2018-02-28 | Sungrow Power Supply Co., Ltd. | Système d'onduleur à niveaux multiples en cascade et son procédé de modulation et contrôleur |
-
2019
- 2019-05-29 FR FR1905750A patent/FR3096845B1/fr active Active
-
2020
- 2020-05-27 WO PCT/EP2020/064757 patent/WO2020239868A1/fr active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103855790A (zh) * | 2014-03-24 | 2014-06-11 | 电子科技大学 | 具有储能功能的智能光伏发电系统及其控制方法 |
| US20170222566A1 (en) * | 2016-02-03 | 2017-08-03 | Richtek Technology Corporation | Ac-to-dc power converter and related control circuits |
| EP3288170A1 (fr) * | 2016-08-22 | 2018-02-28 | Sungrow Power Supply Co., Ltd. | Système d'onduleur à niveaux multiples en cascade et son procédé de modulation et contrôleur |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3096845B1 (fr) | 2021-05-14 |
| WO2020239868A1 (fr) | 2020-12-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2713030A1 (fr) | Alimentation sans coupure à neutre traversant, comportant un hacheur-élévateur double. | |
| FR3004870A1 (fr) | Procede et dispositif de commande d'un convertisseur multiphase courant continu-courant continu a resonance, et convertisseur multiphase correspondant | |
| EP1604447A1 (fr) | Hacheur serie a commutation synchrone et faibles pertes | |
| EP2130290B1 (fr) | Dispositif de filtrage actif pour une alimentation de puissance | |
| EP3382875A1 (fr) | Convertisseur continu-continu | |
| EP2862266A2 (fr) | Circuit convertisseur matriciel reversible | |
| EP0815635B1 (fr) | Circuit d'alimentation a condensateur de stockage | |
| WO2010046262A1 (fr) | Dispositif de recuperation d'energie dans un variateur de vitesse | |
| EP3079258B1 (fr) | Systeme de filtrage actif | |
| WO2019053370A1 (fr) | Chargeur de vehicule comprenant un convertisseur dc/dc | |
| FR2508736A1 (fr) | Systeme d'alimentation | |
| FR3096845A1 (fr) | Système électronique de puissance pour convertir au moins une tension d’entrée en une tension de sortie continue, et procédé correspondant | |
| EP0772280A1 (fr) | Circuit d'alimentation redressée bi-tension | |
| EP3685485B1 (fr) | Procédé de commande d'un système de charge d'une batterie de traction | |
| EP3984125B1 (fr) | Dispositif d'alimentation a partir d'une tension alternative | |
| US10587120B1 (en) | Solar energy harvest | |
| EP0955718A1 (fr) | Convertisseur de tension à découpage | |
| WO2005034320A1 (fr) | Convertisseur elevateur de tension | |
| WO2016001545A1 (fr) | Convertisseur de tension comprenant un circuit convertisseur a résonnance | |
| WO2010004190A1 (fr) | Poste de soudage a l'arc a onduleur a commutation douce quasi resonant optimise | |
| WO2023232671A1 (fr) | Systeme electrique comprenant trois convertisseurs electriques | |
| EP4117161A1 (fr) | Système et procédé de commande avec degré de liberté additionnel pour un convertisseur de puissance piézoélectrique | |
| WO2023275202A1 (fr) | Système de conversion de tension et véhicule automobile comportant un tel système | |
| FR3138019A1 (fr) | Convertisseur DC/DC comprenant deux modules de conversion électrique | |
| WO2012084572A2 (fr) | Convertisseur de puissance ac/dc a facteur de puissance et thdi ameliores |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20201204 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |