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Patent Searching and Data


Title:
FOUR-ARM NPC CONVERTER FOR ELECTRIC VEHICLES AND TWO-WAY CHARGER COMPRISING SUCH A CONVERTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/186078
Kind Code:
A1
Abstract:
In brief, the invention relates in particular to a converter (100) comprising a plurality of rectifier arms (110), making it possible in particular to rectify AC electrical signals available on the electrical phases (U, V, W) of an electrical grid. To balance the electrical signals coming from the electrical phases (U, V, W) of the electrical grid, and to limit a modulation amplitude of the DC signal generated by the converter (100) between its output terminals (S1, S2), the converter (100) also comprises a correction arm (120) that determines an amplitude of electric current flowing in a neutral (N) of the electrical grid and that generates an opposing electric current of equal or if not close amplitude. The invention also relates to a two-way charger (10) comprising such a converter (100) and one or more active double bridges (200), such that an output (S3, S4) of the active double bridges (200) is electrically isolated from the converter (100).

Inventors:
DEBBOU MUSTAPHA (FR)
FREY DAVID (FR)
BHOWMICK NISITH (FR)
COLET FRANÇOIS (FR)
BACHA SEDDIK (FR)
Application Number:
FR2019/050730
Publication Date:
October 03, 2019
Filing Date:
March 28, 2019
Export Citation:
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Assignee:
INST VEDECOM (FR)
International Classes:
H02M1/42; H02J7/02; H02M7/487; H02M7/797
Domestic Patent References:
WO2015094232A12015-06-25
Foreign References:
EP1995860A22008-11-26
EP2613432A12013-07-10
JP2002199738A2002-07-12
CN102739100B2014-09-10
FR1852814A2018-03-30
Other References:
LEUENBERGER D ET AL: "Comparison of a soft switched TCM T-Type inverter to hard switched inverters for a 3 phase PV grid interface", POWER ELECTRONICS AND MOTION CONTROL CONFERENCE (EPE/PEMC), 2012 15TH INTERNATIONAL, IEEE, 4 September 2012 (2012-09-04), pages LS1d.1 - 1, XP032311999, ISBN: 978-1-4673-1970-6, DOI: 10.1109/EPEPEMC.2012.6397397
Attorney, Agent or Firm:
MENES, Catherine (FR)
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Claims:
Revendications

1. Convertisseur (ioo) configuré pour être connecté électriquement à une pluralité de phases électriques (U, V, W) d’un réseau électrique, ledit convertisseur (îoo) comprenant :

- une pluralité de bras de redressement (no), chaque bras de redressement (no) comprenant un pont redresseur formé par un premier dispositif de commutation (ni) et un deuxième dispositif de commutation (112), le premier (111) et le deuxième (112) dispositif de commutation étant reliés électriquement entre eux au niveau d’un point commun (1611, 1621, 1631) relié électriquement à l’une des phases électriques (U, V, W) du réseau électrique, chaque bras de redressement (110) étant relié électriquement à une phase électrique (U, V, W) différente ;

- un bras de tension (130) placé en dérivation de tous les bras de redressement (110), le bras de tension (130) comprenant au moins deux condensateurs de sortie (131, 132) placés en série, un point milieu (133) aux deux condensateurs de sortie (131, 132) étant relié électriquement à chaque dispositif de commutation (111, 112) de chaque bras de redressement (110) par l’intermédiaire d’une ligne de sortie (160) ;

caractérisé en ce que ledit convertisseur (100) comprend un dispositif de correction des déphasages (125) entre les différentes phases électriques (U, V, W) du réseau électrique, ledit dispositif de correction (125) étant configuré pour minimiser un courant électrique circulant dans une ligne de référence électrique (N) du réseau électrique, la ligne de référence électrique (N) du réseau électrique étant un neutre électrique du réseau électrique.

2. Convertisseur (100) selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de correction (125) est formé par un bras de correction (120) du convertisseur (100), ledit bras de correction (120) étant relié électriquement à la ligne de référence électrique (N) du réseau électrique au niveau d’un point intermédiaire (1641), le bras de correction (120) comprenant un premier (121) et un deuxième (122) dispositif de commutation disposés en série l’un de l’autre et reliés entre eux au niveau du point intermédiaire (1641).

3. Convertisseur (100) selon la revendication précédente, dans lequel le premier (121) et/ou le deuxième (122) dispositif de commutation du dispositif de correction (125) comprend au moins un transistor de puissance (1211, 1212, 1221, 1222).

4. Convertisseur (100) selon la revendication précédente, dans lequel le premier dispositif de commutation (121) du dispositif de correction (125) comprend deux transistors de puissances (1211, 1222) placés en série l’un par rapport à l’autre, et le deuxième dispositif de commutation (122) du dispositif de correction (125) comprend deux transistors de puissances (1221, 1222) placés en série l’un par rapport à l’autre.

5. Convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel chaque transistor de puissance (1211, 1212, 1221, 1222) du dispositif de correction (125) comprend une diode de roue libre (D5, D6, D7, D8) placée entre une borne drain et une borne source de chaque transistor de puissance (1211, 1212, 1221, 1222).

6. Convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel chaque premier (111) et deuxième (112) dispositif de commutation du convertisseur (100) comprend une ligne de raccordement (165) relié électriquement à la ligne de sortie (160) du convertisseur (100), la ligne de raccordement (165) reliant ladite ligne de sortie (160) à une borne commune à deux transistors de puissance (1111, 1112, 1121, 1122) dudit dispositif de commutation

7. Convertisseur (100) selon la revendication précédente, dans lequel la ligne de raccordement (165) de chaque premier (111) et deuxième (112) dispositif de commutation du convertisseur (100) comprend une diode (D9, D10) configurée pour empêcher la circulation d’un courant électrique depuis la ligne de sortie (160) vers le dispositif de commutation (111, 112) correspondant.

8. Convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier (111) et/ou le deuxième (112) dispositif de commutation de chaque bras de redressement (110) du convertisseur (100) comprend au moins un transistor de puissance (1111, 1112, 1121, 1122).

9. Convertisseur (ioo) selon la revendication précédente, dans lequel le premier (ni) dispositif de commutation de chaque bras de redressement (no) comprend deux transistors de puissances (nn, 1112) placés en série l’un par rapport à l’autre, et le deuxième dispositif de commutation (112) de chaque bras de redressement (110) comprend deux transistors de puissances (1121, 1122) placés en série l’un par rapport à l’autre.

10. Convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, dans lequel chaque transistor de puissance (1111, 1112, 1121, 1122) de chaque bras de redressement (110) comprend une diode de roue libre (Di, D2, D3, D4) placée entre une borne drain et une borne source de chaque transistor de puissance (1111, 1112, 1121, 1122).

11. Convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications 2 à 10, dans lequel le bras de correction (120) du dispositif de correction (125) des déphasages entre les différentes phases électriques (U, V, W) du réseau électrique est situé en parallèle des bras de redressement (110) du convertisseur (100).

12. Convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le convertisseur (100) comprend un filtre d’entrée (150) pour chaque phase électrique (U, V, W) et pour la ligne de référence électrique (N) afin de mettre en forme des signaux électriques correspondants.

13. Chargeur bidirectionnel (10) comprenant le convertisseur (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes et au moins un double pont actif (200) de commutateurs (211-214, 221-224).

14. Chargeur bidirectionnel (10) selon la revendication précédente, dans lequel l’au moins un double pont actif (200) comprend un transformateur d’isolation (230) situé entre une entrée et une sortie dudit au moins un double pont actif (200) correspondant.

Description:
« Convertisseur NPC quatre bras pour les véhicules électriques et chargeur bidirectionnel comprenant un tel convertisseur »

Domaine technique

La présente invention revendique la priorité de la demande française 1852814 déposée le 30 mars 2018 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

La présente invention concerne un convertisseur à correction de facteur de puissance qui joue le rôle de redresseur-onduleur tel qu’utilisé par exemple dans le domaine de l’électronique de puissance. La présente invention concerne aussi un chargeur réversible comprenant un tel convertisseur configuré pour fonctionner comme un redresseur et, sélectivement, comme un onduleur.

État de la technique antérieure

Dans le domaine des transports, l’industrie automobile est soumise à des normes d’émission de rejets polluants très contraignantes qui conduisent à une véritable mutation technologique afin de réduire notamment les émissions de CO2. Ces contraintes conduisent à concevoir des véhicules électriques dont des architectures peuvent être hybrides ou complètement électriques.

L’augmentation toujours croissante du nombre de ces véhicules électriques dans le parc automobile en circulation impose le développement de systèmes de recharges sûrs, ergonomiques et efficaces. De tels systèmes de recharges doivent être conçus en tenant compte de l’impact de l’arrivée massive des véhicules électriques, et principalement au regard de la stabilité du réseau électrique.

Par ailleurs, de nouvelles stratégies de recharge électrique sont conçues afin de tirer parti du nombre croissant de véhicules électriques. On estime qu’un véhicule automobile reste inutilisé environ 95% de son temps de vie ; et l’utilisation moyenne d’un véhicule électrique utilisera moins de 80% de la capacité de sa batterie pour les trajets quotidiens. Une stratégie envisagée consiste ainsi à exploiter ces périodes de non-utilisation des véhicules électriques pour injecter sur le réseau électrique une partie de l’énergie électrique stockée dans leurs batteries lorsque lesdits véhicules électriques sont raccordés audit réseau électrique.

À cet effet, on connaît des chargeurs réversibles qui permettent, durant une phase de recharge du véhicule électrique, de transférer de l’électricité disponible sur un réseau électrique vers la batterie du véhicule électrique. Cette phase de recharge est comparable à celle mise en œuvre dans les chargeurs unidirectionnels bien connus. En revanche, de manière moins traditionnelle, les chargeurs réversibles permettent aussi, durant une phase de décharge du véhicule électrique, de transférer une énergie électrique stockée sur les batteries du véhicule électrique vers le réseau électrique afin de répondre aux fortes sollicitations d’énergie électrique durant les pics de consommation, ou afin de pallier à une insuffisance temporaire de production électrique par le réseau électrique.

On connaît notamment des chargeurs réversibles isolés ou non isolés par rapport au réseau électrique avec lequel ils sont susceptibles d’être connectés. L’inconvénient des chargeurs réversibles connus est principalement lié à leur manque de flexibilité : ces chargeurs réversibles connus ne permettent pas de répondre à un creux de tension sur le réseau électrique : ils doivent alors être arrêtés.

La présente invention a pour objet de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d’autres avantages en proposant un nouveau convertisseur permettant d’optimiser un fonctionnement bidirectionnel d’un chargeur réversible comprenant un tel convertisseur et embarqué au sein d’un véhicule électrique.

Un autre but de la présente invention est de pouvoir réduire un déséquilibre du réseau électrique par l’intermédiaire d’un ou plusieurs véhicule(s) électrique(s).

Un autre but de la présente invention est de réduire l’encombrement d’un tel chargeur réversif ainsi que ses coûts de fabrication.

Exposé de l’invention Selon un premier aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs précités avec un convertisseur configuré pour être connecté électriquement à une pluralité de phases électriques d’un réseau électrique, ledit convertisseur comprenant :

- une pluralité de bras de redressement, chaque bras de redressement comprenant un pont redresseur formé par un premier dispositif de commutation et un deuxième dispositif de commutation, le premier et le deuxième dispositif de commutation étant reliés électriquement entre eux au niveau d’un point commun relié électriquement à l’une des phases électriques du réseau électrique, chaque bras de redressement étant relié électriquement à une phase électrique différente ;

- un bras de tension placé en dérivation de tous les bras de redressement, le bras de tension comprenant au moins deux condensateurs de sortie placés en série, un point milieu aux deux condensateurs de sortie étant relié électriquement à chaque dispositif de commutation de chaque bras de redressement par l’intermédiaire d’une ligne de sortie.

Le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention comprend un dispositif de correction des déphasages entre les différentes phases électriques du réseau électrique, ledit dispositif de correction étant configuré pour minimiser - et préférentiellement annuler - un courant électrique circulant dans une ligne de référence électrique du réseau électrique. En d’autres termes, le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention est configuré pour corriger un facteur de puissance des phases électriques du réseau électrique.

De manière non limitative, la ligne de référence électrique du réseau électrique est préférentiellement un neutre électrique.

Le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention possède ainsi une architecture du type NPC, acronyme anglais de « Neutral Point Clamped » signifiant Point Neutre Clampé.

Dans le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention, chaque bras de redressement est configuré pour assurer un redressement d’une tension électrique présente sur l’une des phases électriques du réseau électrique auquel le convertisseur est connecté. Préférentiellement, le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention comprend trois bras de redressement et le dispositif de correction des déphasages entre les différentes phases électriques du réseau électrique. Plus particulièrement, le dispositif de correction est configuré pour :

- détecter et quantifier un courant électrique circulant sur la ligne de référence électrique du réseau électrique ;

- minimiser, voire annuler le courant électrique en générant un courant électrique de correction qui permet de rééquilibrer les phases électriques au niveau du convertisseur.

Le dispositif de correction sera décrit et précisé ultérieurement.

Le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention permet ainsi d’optimiser son fonctionnement, en régulant de manière autonome un éventuel déséquilibre interphases électriques et/ou des ondulations électriques du réseau électrique.

Le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention peut comprendre avantageusement au moins un des perfectionnements ci-dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :

- le dispositif de correction est formé par un bras de correction du convertisseur, ledit bras de correction étant relié électriquement à la ligne de référence électrique du réseau électrique au niveau d’un point intermédiaire, le bras de correction comprenant un premier et un deuxième dispositif de commutation disposés en série l’un de l’autre et reliés entre eux au niveau du point intermédiaire ;

- le premier et/ou le deuxième dispositif de commutation du dispositif de correction comprend au moins un transistor de puissance ;

- le premier dispositif de commutation du dispositif de correction comprend deux transistors de puissances placés en série l’un par rapport à l’autre, et le deuxième dispositif de commutation du dispositif de correction comprend deux transistors de puissances placés en série l’un par rapport à l’autre ; - chaque transistor de puissance du dispositif de correction comprend une diode de roue libre placée entre une borne drain et une borne source de chaque transistor de puissance ;

- chaque transistor de puissance du dispositif de correction est du type d’un MOSFET, acronyme anglais pour « Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » signifiant Transistor à Effet de champ à structure Métal-Oxyde- Semiconducteur. Alternativement, chaque transistor de puissance peut être du type d’un FET, acronyme anglais pour « Field Effect Transistor » signifiant Transistor à Effet de Champ, ou un IGBT, acronyme anglais pour « Insulated Gâte Bipolar Transistor » signifiant Transistor Bipolaire à Grille Isolée. Préférentiellement, chaque transistor de puissance est du type dopé P ;

- chaque premier et deuxième dispositif de commutation du convertisseur comprend une ligne de raccordement relié électriquement à la ligne de sortie du convertisseur, la ligne de raccordement reliant ladite ligne de sortie à une borne commune aux deux transistors de puissance dudit dispositif de commutation ;

- la ligne de raccordement de chaque premier et deuxième dispositif de commutation du convertisseur comprend une diode configurée pour empêcher la circulation d’un courant électrique depuis la ligne de sortie vers le dispositif de commutation correspondant ;

- le premier et/ou le deuxième dispositif de commutation de chaque bras de redressement du convertisseur comprend au moins un transistor de puissance ;

- le premier dispositif de commutation de chaque bras de redressement comprend deux transistors de puissances placés en série l’un par rapport à l’autre, et le deuxième dispositif de commutation de chaque bras de redressement comprend deux transistors de puissances placés en série l’un par rapport à l’autre ;

- chaque transistor de puissance de chaque bras de redressement comprend une diode de roue libre placée entre une borne drain et une borne source de chaque transistor de puissance ;

- chaque transistor de puissance de chaque bras de redressement est du type d’un MOSFET, acronyme anglais pour « Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » signifiant Transistor à Effet de champ à structure Métal-Oxyde- Semiconducteur. Alternativement, chaque transistor de puissance peut être du type d’un FET, acronyme anglais pour « Field Effect Transistor » signifiant Transistor à Effet de Champ, ou un IGBT, acronyme anglais pour « Insulated Gâte Bipolar Transistor » signifiant Transistor Bipolaire à Grille Isolée. Préférentiellement, chaque transistor de puissance est du type dopé P ;

- le bras de correction du dispositif de correction des déphasages entre les différentes phases électriques du réseau électrique est situé en parallèle des bras de redressement du convertisseur. Préférentiellement dans une situation intermédiaire entre les bras de redressement du convertisseur et le bras de tension ;

- le convertisseur comprend au moins un contrôleur configuré pour (i) piloter au moins un des dispositifs de commutation des bras de redressement afin de redresser les phases électriques correspondantes du réseau électrique et pour (i) piloter le dispositif de correction afin de corriger les déséquilibres entre lesdites phases électriques. Plus particulièrement, l’au moins un contrôleur corrige les déséquilibres entre les phases électriques du réseau électriques en minimisant voire annulant le courant électrique circulant dans le bras de correction. Pour ce faire, le contrôleur pilote les dispositifs de commutation du bras de correction de manière à générer un courant électrique inverse et d’amplitude égale au courant électrique circulant dans ledit bras de correction du fait du déséquilibre entre les phases électriques du réseau électrique ;

- le convertisseur comprend un filtre d’entrée pour chaque phase électrique et pour la ligne de référence électrique afin de mettre en forme des signaux électriques correspondants ;

- le filtre d’entrée de chaque phase électrique est du type d’un filtre inductif.

Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un chargeur bidirectionnel comprenant convertisseur conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements et au moins un double pont actif de commutateurs. Selon un premier mode de réalisation préféré du deuxième aspect de l’invention, le chargeur bidirectionnel comprend un seul double pont actif permettant de fonctionner en monophasé : le réseau électrique pluriphasé - et préférentiellement triphasé - est interfacé par le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements afin de compenser les éventuels déphasages électriques entre chaque phase électrique. Une sortie du convertisseur alimente alors l’unique double pont actif afin de générer un seul signal électrique transmis à un système électrique, tel que par exemple une batterie du véhicule électrique sur lequel le chargeur-bidirectionnel est destiné à être monté.

Selon un deuxième mode de réalisation préféré du deuxième aspect de l’invention, le chargeur bidirectionnel comprend une pluralité de doubles ponts actifs permettant de fonctionner en pluriphasé : le réseau électrique pluriphasé est interfacé par le convertisseur conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements afin de compenser les éventuels déphasages électriques entre chaque phase électrique. Une sortie du convertisseur alimente alors la pluralité de doubles ponts actifs afin de générer une pluralité de signaux électriques transmis à un système électrique, tel que par exemple une batterie du véhicule électrique sur lequel le chargeur-bidirectionnel est destiné à être monté.

De manière avantageuse, dans le deuxième mode de réalisation préféré du deuxième aspect de l’invention, le chargeur bidirectionnel comprend trois doubles ponts actifs entrelacés afin de fonctionner en triphasé.

De manière avantageuse, le chargeur bidirectionnel conforme au deuxième aspect de l’invention peut comprendre avantageusement au moins un des perfectionnements ci- dessous, les caractéristiques techniques formant ces perfectionnements pouvant être prises seules ou en combinaison :

- les commutateurs de chaque double pont actif sont du type d’un transistor, et préférentiellement encore du type d’un MOSFET, acronyme anglais pour « Métal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor » signifiant Transistor à Effet de champ à structure Métal-Oxyde-Semiconducteur. Alternativement, chaque commutateur peut être du type d’un FET, acronyme anglais pour « Field Effect Transistor » signifiant Transistor à Effet de Champ, ou d’un IGBT, acronyme anglais pour « Insulated. Gâte Bipolar Transistor » signifiant Transistor Bipolaire à Grille Isolée ;

- l’au moins un double pont actif comprend un transformateur d’isolation situé entre une entrée et une sortie dudit au moins un double pont actif correspondant.

Des modes de réalisation variés de l’invention sont prévus, intégrant selon l’ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici.

Description des figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :

- la FIGURE 1 illustre un exemple de réalisation du convertisseur conforme au premier aspect de l’invention ;

- la FIGURE 2 illustre un premier exemple de réalisation d’un chargeur bidirectionnel conforme au deuxième aspect de l’invention, configuré pour fonctionner en monophasé ;

- la FIGURE 3 illustre un deuxième exemple de réalisation du chargeur bidirectionnel conforme au deuxième aspect de l’invention, configuré pour fonctionner en triphasé.

Bien entendu, les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.

En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique.

Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence et d’autres s’adaptent à chaque configuration.

Description détaillée de l’invention

En référence à la FIGURE 1, un exemple de réalisation du convertisseur îoo conforme au premier aspect de l’invention est illustré. Le convertisseur îoo illustré est configuré pour être connecté électriquement à une pluralité de phases électriques (U, V, W) d’un réseau électrique non représenté, ainsi qu’à une ligne de référence électrique (N), désignée comme étant le neutre ci-après.

Le convertisseur too comprend une pluralité de bras de redressement no, et plus particulièrement 3 bras de redressement 110 dans l’exemple illustré sur la FIGURE 1. Chaque bras de redressement 110 comprend un pont redresseur formé par un premier dispositif de commutation 111 et un deuxième dispositif de commutation 112. Le premier 111 et le deuxième 112 dispositifs de commutation sont reliés électriquement entre eux au niveau d’un point commun (1611, 1621, 1631) relié électriquement à l’une des phases électriques (U, V, W) du réseau électrique. Plus particulièrement, le convertisseur 100 comprend :

- un premier bras de redressement 110a couplé électriquement à une première phase électrique U au niveau d’un premier point commun (1611) situé entre le premier 111 et le deuxième 112 dispositif de commutation dudit premier bras de redressement 110a ;

- un deuxième bras de redressement 110b couplé électriquement à une deuxième phase électrique V au niveau d’un deuxième point commun (1621) situé entre le premier 111 et le deuxième 112 dispositif de commutation dudit deuxième bras de redressement 110b ; - un troisième bras de redressement noc couplé électriquement à une troisième phase électrique W au niveau d’un troisième point commun (1631) situé entre le premier 111 et le deuxième 112 dispositif de commutation dudit troisième bras de redressement 110c.

Chaque bras de redressement 110 est ainsi relié électriquement à une phase électrique (U, V, W) différente du réseau électrique.

Tous les bras de redressement 110 sont situés en dérivation des uns des autres, de sorte qu’une borne de sortie de chaque premier dispositif de commutation 111 est connectée électriquement à une première ligne électrique de sortie 101, et une borne de sortie de chaque deuxième dispositif de commutation 112 est connectée électriquement à une deuxième ligne électrique de sortie 102.

Complémentairement, le convertisseur 100 comprend aussi un bras de tension 120 placé en dérivation de tous les bras de redressement 110. Dans l’exemple illustré sur la FIGURE 1, le bras de tension 120 comprend deux condensateurs de sortie 131, 132 placés en série l’un de l’autre, entre la première 101 et la deuxième 102 ligne électrique de sortie du convertisseur 100. Un point milieu 133 aux deux condensateurs de sortie 131, 132 est relié électriquement à chaque dispositif de commutation 111, 112 de chaque bras de redressement 110 par l’intermédiaire d’une ligne de sortie 160. Plus particulièrement, la ligne de sortie 160 est reliée à chaque bras de redressement 110 par l’intermédiaire d’une ligne de raccordement 165 qui relie électriquement le premier 111 et le deuxième 112 dispositif de commutation du bras de redressement 110 correspondant à la ligne de sortie 160 au niveau d’un nœud électrique 1601.

De manière avantageuse, les nœuds électriques 1601 des intersections de la ligne de raccordement 165 de chaque bras de redressement 110 avec la ligne de sortie 160 sont aux mêmes potentiels électriques, voire à un potentiel électrique très proche.

Dans l’exemple illustré sur la FIGURE 1, la ligne de raccordement 165 de chaque bras de redressement 110 comprend une diode de contrôle D9, D10 à chacune de ses extrémités afin d’éviter la circulation d’un courant électrique depuis la ligne de sortie 160 vers le dispositif de commutation 121, 122 du bras de redressement 110 correspondant. Conformément au premier aspect de l’invention, le convertisseur îoo comprend aussi un dispositif de correction des déphasages 125 entre les différentes phases électriques U, V, W du réseau électrique. Le dispositif de correction 125 est configuré pour minimiser - et préférentiellement pour annuler - un courant électrique circulant dans un neutre N du réseau électrique.

Plus particulièrement, le dispositif de correction 125 est formé par un bras de correction 120 du convertisseur 100 et relié électriquement au neutre N du réseau électrique au niveau d’un point intermédiaire 1641. Le bras de correction 120 comprend un premier 121 et un deuxième 122 dispositif de commutation disposés en série l’un de l’autre et reliés entre eux au niveau du point intermédiaire 1641.

Dans l’exemple illustré sur la FIGURE 1, le premier 121 et le deuxième 122 dispositif de commutation du dispositif de correction 125 comprennent deux transistors de puissance 1211, 1212, 1221, 1222 : le premier dispositif de commutation 121 du dispositif de correction 125 comprend deux transistors de puissances 1211, 1212 placés en série l’un par rapport à l’autre, et le deuxième dispositif de commutation 122 du dispositif de correction 125 comprend deux transistors de puissances 1221, 1222 placés en série l’un par rapport à l’autre.

De manière avantageuse, chaque transistor de puissance 1211, 1212, 1221, 1222 du dispositif de correction 125 est du type d’un MOSFET. Par ailleurs, chaque transistor de puissance 1211, 1212, 1221, 1222 du dispositif de correction 125 comprend une diode de roue libre D5, D6, D7, D8 placée entre une borne drain et une borne source de chaque transistor de puissance 1211, 1212, 1221, 1222 du dispositif de correction 125.

La ligne de sortie 160 du convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention est reliée électriquement au bras de correction 120 par l’intermédiaire d’une ligne 166 qui relie électriquement le premier 121 et le deuxième 122 dispositif de commutation du bras de correction 120 à la ligne de sortie 160 au niveau d’un deuxième nœud électrique 1602.

De manière avantageuse, les nœuds électriques 1601 des intersections de la ligne de raccordement 165 de chaque bras de redressement 110 avec la ligne de sortie 160 et le deuxième nœud électrique 1602 de l’intersection de la ligne 166 avec ladite ligne de sortie 160 sont tous aux mêmes potentiels électriques, voire à un potentiel électrique très proche.

Dans l’exemple illustré sur la FIGURE 1, la ligne 166 comprend une diode de contrôle Du, D12 à chacune de ses extrémités afin d’éviter la circulation d’un courant électrique depuis la ligne de sortie 160 vers le dispositif de commutation 121, 122 du bras de correction 120.

Dans l’exemple illustré sur la FIGURE 1, le premier 111 et le deuxième 112 dispositif de commutation de chaque bras de redressement 110 du convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention comprend deux transistors de puissances 1111, 1112, 1121, 1122 placés en série l’un par rapport à l’autre. En particulier, le premier dispositif de commutation 111 comprend un premier 1111 et un deuxième 1112 transistors de puissance disposés en série l’un de l’autre par l’intermédiaire d’une borne à un même potentiel électrique de chacun desdits deux transistors de puissance 1111, 1112. De manière analogue, le deuxième dispositif de commutation 112 comprend un premier 1121 et un deuxième 1122 transistors de puissance disposés en série l’un de l’autre par l’intermédiaire d’une borne à un même potentiel électrique de chacun desdits deux transistors de puissance 1121, 1122.

Chaque transistor de puissance 1111, 1112, 1121, 1122 de chaque bras de redressement 110 du convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention comprend une diode de roue libre Di, D2, D3, D4 placée entre une borne drain et une borne source dudit transistor de puissance 1111, 1112, 1121, 1122 correspondant.

Le convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention comprend aussi un filtre d’entrée 150 permettant de conditionner chacune des phases électriques U, V, W et le neutre N du réseau électrique. À cet effet, le filtre d’entrée 150 comprend avantageusement un filtre inductif 151, 152, 153, 154 sur chacune des phases électriques U, V, W et le neutre N du réseau électrique, une valeur d’inductance de chaque filtre inductif 151, 152, 153, 154 pouvant être identique ou différente par rapport à au moins une autre valeur desdits filtres inductifs 151, 152, 153, 154.

Comme décrit précédemment, le convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention permet de détecter et de réguler le déséquilibre entre les différentes phases électriques U, V, W du réseau électrique. À cet effet, le convertisseur 100 permet de convertir des signaux électriques alternatifs du réseau électrique, présents sur chacune des phases électrique U, V, W, en un signal électrique continu disponible entre ses deux bornes de sortie Si, S2.

Le convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention est ainsi configuré pour entrelacer les signaux électriques présents sur chacune des phases électriques U, V, W grâce aux bras de redressement 110, et de fournir ainsi un signal électrique de sortie moins ondulé.

Ce meilleur contrôle du signal électrique continu délivré en sortie permet ainsi de minimiser les capacités des condensateurs de sortie 131, 132, du fait de la moindre dérivation dudit signal électrique de sortie. Consécutivement, la minimisation des valeurs de capacité des condensateurs de sortie 131, 132 permet de réduire leurs dimensions et l’encombrement général du convertisseur conforme au premier aspect de l’invention.

Afin de contrôler et réguler le déséquilibre entre les phases électriques U, V, W du réseau électrique, le convertisseur 100 détecte et/ou mesure et/ou régule le courant électrique sur le neutre N du réseau électrique, de manière à minimiser voire annuler le courant électrique circulant dans le bras de correction 120. À cet effet, le convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention comprend aussi au moins un contrôleur 140 qui est configuré pour piloter au moins un des dispositifs de commutation 111, 112 des bras de redressement 110 afin de redresser les phases électriques U, V, W correspondantes du réseau électrique, et pour piloter le dispositif de correction 125 afin de corriger les déséquilibres entre lesdites phases électriques U, V, W. Plus particulièrement, l’au moins un contrôleur 140 corrige les déséquilibres entre les phases électriques U, V, W du réseau électrique en minimisant ou annulant le courant électrique circulant dans le bras de correction 120. Pour ce faire, l’au moins un contrôleur 140 pilote les dispositifs de commutation 121, 122 du bras de correction 120 de manière à générer un courant électrique opposé et d’amplitude égale au courant électrique circulant dans ledit bras de correction 120 du fait du déséquilibre entre les phases électriques U, V, W du réseau électrique. À titre d’exemple non limitatif, l’au moins un contrôleur 140 est configuré pour réaliser une transformation dite DQN afin de déterminer le courant électrique à générer dans le bras de correction 120 de manière à minimiser ou annuler le courant électrique circulant dans ledit bras de correction 120 du fait du déséquilibre entre les phases électriques U, V, W du réseau électrique.

La FIGURE 2 illustre un premier exemple de réalisation d’un chargeur bidirectionnel 10 conforme au deuxième aspect de l’invention, configuré pour fonctionner en monophasé. En d’autres termes, le chargeur bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 2 est configuré pour, alternativement, convertir un signal électrique triphasé provenant des phases électriques U, V, W d’un réseau électrique en un signal électrique continu disponible sur les bornes de sortie S3, S4 - utilisable pour charger une batterie de véhicule électrique par exemple - ou pour convertir un signal électrique continu - provenant d’une batterie de véhicule électrique par exemple - en un signal électrique triphasé réinjectable sur le réseau électrique.

Le chargeur bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 2 comprend le convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention et tel qu’illustré précédemment, ainsi qu’un seul double pont actif 200. Le double pont actif 200 est relié électriquement au convertisseur 100 entre ses bornes de sortie Si, S2.

Le double-pont actif comprend une pluralité de commutateurs 211-214, 221-224. Plus particulièrement, chaque commutateur 211-214, 221-224 est formé par un transistor de puissance, préférentiellement du type d’un MOSFET. Éventuellement, chaque transistor de puissance du double pont actif peut être du type d’un FET, d’un IGBT, tels que décrits précédemment.

Le double pont actif 200 comprend ainsi un premier étage 210 comprenant une première branche formée par deux premiers commutateurs 211, 214 et une deuxième branche formée par deux seconds commutateurs 212, 213. Les premiers commutateurs 211, 214 formant la première branche du double pont actif 200 sont disposés en série entre les bornes de sortie Si, S2 du convertisseur 100. De manière comparable, les seconds commutateurs 212, 213 formant la deuxième branche du double pont actif 200 sont disposés en série entre les bornes de sortie Si, S2 du convertisseur 100, de sorte que les seconds commutateurs 212, 213 sont collectivement disposés en parallèle des premiers commutateurs 211, 214.

Le double pont actif 200 du chargeur bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE2 comprend aussi un transformateur d’isolation 230 situé entre une entrée et une sortie dudit double pont actif 200. Plus particulièrement, le transformateur d’isolation 230 est relié électriquement à chaque première et deuxième branche du premier étage 210 du double pont actif 200. Ainsi, une première borne électrique du transformateur d’isolation 230 est reliée électriquement à un point milieu 216 de la première branche, ledit point milieu 216 de ladite première branche étant situé entre les premiers commutateurs 211, 214. De manière analogue, une deuxième borne électrique du transformateur d’isolation 230 est reliée électriquement à un point milieu 217 de la deuxième branche, ledit point milieu 217 de ladite deuxième branche étant situé entre les seconds commutateurs 212, 213.

La première et la deuxième borne du transformateur d’isolation 230 correspondent respectivement à une première et une deuxième extrémité d’un enroulement électrique primaire 232 dudit transformateur d’isolation.

De manière avantageuse, le transformateur d’isolation 230 comprend aussi un filtre inductif entre le point milieu 216 de la première branche et la première borne de l’enroulement primaire 232 dudit transformateur d’isolation 230.

Du côté d’un enroulement secondaire 233 du transformateur d’isolation 230, le double pont actif 200 du chargeur bidirectionnel 10 comprend un deuxième étage 220 comprenant une première branche formée par deux premiers commutateurs 221, 224 et une deuxième branche formée par deux seconds commutateurs 222, 223. Les premiers commutateurs 221, 224 formant la première branche du deuxième étage 220 du double pont actif 200 sont disposés en série entre des bornes de sortie S3, S4 du double pont actif 200. De manière comparable, les seconds commutateurs 222, 223 formant la deuxième branche du deuxième étage 220 du double pont actif 200 sont disposés en série entre les bornes de sortie S3, S4 du double pont actif 200, de sorte que lesdits seconds commutateurs 222, 223 sont collectivement disposés en parallèle desdits premiers commutateurs 221, 224.

L’enroulement secondaire 233 du transformateur d’isolation 230 est relié électriquement à chaque première et deuxième branche du deuxième étage 220 du double pont actif 200. Ainsi, une première borne électrique de l’enroulement secondaire 233 du transformateur d’isolation 230 est reliée électriquement à un point milieu 226 de la première branche du deuxième étage 220, ledit point milieu 226 de ladite première branche étant situé entre les premiers commutateurs 221, 224 dudit deuxième étage 220. De manière analogue, une deuxième borne électrique de l’enroulement secondaire 233 du transformateur d’isolation 230 est reliée électriquement à un point milieu 227 de la deuxième branche du deuxième étage 220, ledit point milieu 227 de ladite deuxième branche étant situé entre les seconds commutateurs 222, 223 dudit deuxième étage 220.

Le double pont actif 200 comprend aussi un premier contrôleur 215 configuré pour piloter chaque commutateur 211-214 du premier étage 210, et un deuxième contrôleur 225 configuré pour piloter chaque commutateur 221-224 du deuxième étage 220. Éventuellement, le premier 215 et le deuxième 225 contrôleurs sont regroupés en un unique contrôleur, pouvant être éventuellement commun avec le contrôleur 140 du convertisseur 100.

La FIGURE 3 illustre un deuxième exemple de réalisation du chargeur bidirectionnel 10 conforme au deuxième aspect de l’invention, configuré pour fonctionner en triphasé. En d’autres termes, le chargeur bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 3 est configuré pour, alternativement, convertir un signal électrique triphasé provenant des phases électriques U, V, W d’un réseau électrique en un signal électrique continu disponible sur les bornes de sortie S3, S4 - utilisable pour charger une batterie de véhicule électrique par exemple - ou pour convertir un signal électrique continu - provenant d’une batterie de véhicule électrique par exemple - en un signal électrique triphasé réinjectable sur le réseau électrique.

Pour ce faire, le chargeur bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 3 comprend le convertisseur 100 conforme au premier aspect de l’invention et tel qu’illustré précédemment, ainsi que trois doubles ponts actifs 200a, 200b, 200c. Chaque double pont actif 200 est relié électriquement au convertisseur 100 au niveau de ses bornes de sortie Si, S2. Plus particulièrement, les trois doubles ponts actifs 200 du chargeur bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 3 sont tous disposés en dérivation les uns par rapport aux autres, de sorte que les commutateurs du premier étage 210 de chaque double pont actif 200 sont polarisés entre les bornes de sortie Si, S2 du convertisseur.

Les premiers étages 210 de chaque double pont actif 200 du chargeur-bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 3 sont électriquement relié à l’enroulement primaire 232 du transformateur d’isolation 230, tels que décrit précédemment en référence à la FIGURE 2 ; et les deuxièmes étages 220 de chaque double pont actif 200 du chargeur- bidirectionnel 10 illustré sur la FIGURE 3 sont électriquement relié à l’enroulement secondaire 233 du transformateur d’isolation 230, tels que décrit précédemment en référence à la FIGURE 2.

En synthèse, l’invention concerne notamment un convertisseur 100 comprenant une pluralité de bras de redressement 110 permettant notamment de redresser des signaux électriques alternatifs disponibles sur les phases électriques U, V, W d’un réseau électrique. Afin d’équilibrer les signaux électriques provenant des phases électriques U, V, W du réseau électrique, et afin de limiter une amplitude de modulation du signal continu généré par le convertisseur 100 entre ses bornes de sortie Si, S2, le convertisseur 100 comprend aussi un bras de correction 120 qui détermine une amplitude de courant électrique circulant dans un neutre N du réseau électrique et qui génère un courant électrique opposé et d’amplitude égale, sinon proche. L’invention concerne aussi un chargeur bidirectionnel 10 comprenant un tel convertisseur 100 ainsi qu’un ou plusieurs doubles pont actifs 200, de sorte qu’une sortie S3, S4 des doubles ponts actifs 200 soit électriquement isolée du convertisseur 100.

Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.