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Title:
METHOD FOR OPTIMIZING THE DURATION OF A DEAD TIME DURING THE OPERATIONS OF SWITCHING A FREQUENCY-CONTROLLED SWITCH ARM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/220284
Kind Code:
A1
Abstract:
The subject matter of the present invention is a method for controlling the switching operations of an electrical system comprising at least one frequency-controlled switch arm (H), and a resonant primary circuit (LLC), a secondary circuit (RD) and a transformer (Trf), said switch arm (H) having a high branch comprising a high switching element (QH) and a low branch comprising a low switching element (QL), said switching elements respectively having a parasitic capacitance (Coss) and said switch arm (H) furthermore having at least one soft switching capacitance (CH, CL), said method comprising the determination of a duration of the dead time on the basis of the expression: (I). where Vin is the input voltage of the LLC converter, Vout is the output voltage of the resonant primary circuit (LLC), N is the transformation ratio of the transformer, Lm is the value of a first resonance inductance of the resonant primary circuit (LLC), β is a chosen margin, for example equal to 0.2, and CTotal = 2 x Coss + Czvs.

More Like This:
Inventors:
YANG GANG (FR)
ZHOU HUAN (FR)
Application Number:
PCT/FR2017/051347
Publication Date:
December 06, 2018
Filing Date:
May 30, 2017
Export Citation:
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Assignee:
VALEO SIEMENS EAUTOMOTIVE FRANCE SAS (FR)
International Classes:
H02M1/38; H02M1/00; H02M3/337
Domestic Patent References:
WO2016001545A12016-01-07
Foreign References:
US20080198638A12008-08-21
JP2017055536A2017-03-16
Other References:
A .: "LLC Resonant Converter Design using FAN7688", 16 September 2015 (2015-09-16), pages 1 - 22, XP055444182, Retrieved from the Internet [retrieved on 20180124]
WANG CHAO-CHUN ET AL: "Efficiency improvement in adjustable deadtime of LLC resonant converters", 2014 INTERNATIONAL CONFERENCE ON INTELLIGENT GREEN BUILDING AND SMART GRID (IGBSG), IEEE, 23 April 2014 (2014-04-23), pages 1 - 4, XP032607078, DOI: 10.1109/IGBSG.2014.6835163
Attorney, Agent or Firm:
ARGYMA (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1 . Procédé de commande des commutations d'un système électrique comprenant au moins un bras d'interrupteur (H) commandé en fréquence, un circuit primaire résonnant (LLC) connecté au bras d'interrupteur (H), et un circuit secondaire (RD), un transformateur (Trf) étant connecté entre le circuit primaire résonnant (LLC) et le circuit secondaire (RD), le circuit primaire présentant une première inductance (Lm) parallèle au transformateur (Trf), ledit bras d'interrupteur (H) présentant une branche haute comprenant un élément de commutation haut (QH), connecté à une borne haute du bras et une branche basse comprenant un élément de commutation bas (QL), connecté à une borne basse du bras, lesdits éléments de commutation présentant respectivement une capacité parasite (Coss) et ledit bras d'interrupteur (H) présentant par ailleurs au moins une capacité de commutation douce (CH, CL),

ledit procédé comprenant les étapes suivantes :

sur réception d'une commande de commutation dudit au moins un bras d'interrupteur (H), le commencement d'un temps mort pendant lequel les éléments de commutation haut et bas (QH, QL) sont ouverts,

la détermination d'une durée du temps mort à partir de l'expression :

Vin

(1 + β) x x CTotal x 4 x JV x Fsw x Lm

Vout

où Vin est la tension d'entrée du circuit primaire résonnant (LLC), Vout est la tension de sortie du circuit secondaire (RD), N est le rapport de transformation du transformateur, Lm est la valeur de la première inductance du circuit primaire résonnant (LLC), β est une marge choisie, par exemple égale à 0,2, et CTotal = 2 x Coss + Czvs, Coss étant la valeur de chaque capacité parasite et Czvs étant la valeur totale de ladite au moins une capacité de commutation douce (CH, CL),

la fermeture de l'élément de commutation haut (QH), respectivement bas (QL), lorsque la durée du temps mort est écoulée.

2. Procédé selon la revendication 1 , de commande des commutations d'un système électrique comprenant deux bras d'éléments de commutation formant un pont en H commandé en fréquence.

3. Système électrique comprenant au moins un bras d'interrupteur commandé en fréquence, un circuit primaire résonnant (LLC) connecté au bras d'interrupteur (H) et un circuit secondaire (RD), un transformateur (Trf) étant connecté entre le circuit primaire résonnant (LLC) et le circuit secondaire (RD), le circuit primaire résonnant (LLC) présentant une première inductance (Lm) parallèle au transformateur (Trf), ledit bras d'interrupteur (H) présentant une branche haute comprenant un élément de commutation haut (QH), connecté à une borne haute du bras et une branche basse comprenant un élément de commutation bas (QL), connecté à une borne basse du bras, lesdits éléments de commutation présentant respectivement une capacité parasite (Coss) et ledit bras d'interrupteur (H) présentant par ailleurs au moins une capacité de commutation douce (CH, CL), ledit système comprenant par ailleurs une unité de commande comprenant un circuit de calcul d'une durée de temps mort à partir de l'expression :

Vin

(1 + β) x— x CTotal x x N x Fsw x Lm

vout

où Vin est la tension d'entrée du circuit primaire résonnant (LLC), Vout est la tension de sortie du circuit secondaire (RD), N est le rapport de transformation du transformateur (Trf), Lm est la valeur de la première inductance du circuit primaire résonnant (LLC), β est une marge choisie, par exemple égale à 0,2, et CTotal = 2 x Coss + Czvs,

ladite unité de commande étant configurée pour, sur réception d'une commande de commutation, débuter un temps mort en ouvrant les éléments de commutation haut et bas (QH, QL) et terminer le temps mort en fermant l'élément de commutation haut (QH), respectivement bas (QL), lorsque la durée de temps mort préalablement calculée est atteinte. 4. Système électrique selon la revendication précédente, dans lequel β = 0,2.

5. Système électrique selon l'une des revendications 3 à 4, formant un convertisseur de tension continu-continu. 6. Système électrique selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel le circuit primaire résonnant est un circuit LLC.

7. Système de chargeur électrique d'une batterie, notamment d'un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant un système électrique selon l'une des revendications 3 à 6.

Description:
PROCEDE D'OPTIMISATION DE LA DUREE D'UN TEMPS MORT LORS DES COMMUTATIONS D'UN BRAS D'INTERRUPTEUR COMMANDE EN FREQUENCE

DOMAINE TECHNIQUE ET OBJET DE L'INVENTION

[0001 ] De façon générale, l'invention concerne le domaine des bras d'interrupteur, tels que les ponts en H, et plus précisément celui des bras d'interrupteur commandés en fréquence, en particulier pour contrôler une énergie circulant dans un circuit convertisseur de tension continu-continu, tel qu'un circuit résonnant.

[0002] Dans ce contexte, la présente invention vise un procédé de commutation d'un bras d'interrupteur, tel qu'un pont en H ou un demi-pont en H, optimisé en ce sens que le temps mort observé lors de chaque commutation présente une durée ajustée en temps réel.

ETAT DE LA TECHNIQUE

[0003] Les ponts en H ou les demi-ponts en H sont des circuits permettant de contrôler la polarité aux bornes d'une charge. Un pont en H comprend quatre éléments de commutation (un demi-pont en H en comprend deux) dont les commutations sont commandées en vue de contrôler cette polarité.

[0004] Typiquement, un pont en H ou un demi-pont en H peut contrôler une énergie pour la rotation d'une machine électrique tournante ou contrôler une énergie circulant dans un circuit résonnant de type LLC par exemple.

[0005] En référence à la figure 1 , comme cela est connu, un bras d'interrupteur H, tel qu'un pont en H ou un demi-pont en H, comprend une branche haute et une branche basse. Une branche haute d'un demi-pont en H relie une borne du circuit contrôlé par le demi-pont en H à une borne haute du demi-pont en H, via un élément de commutation haut QH, la borne haute du demi-pont en H étant connectée à une borne haute d'une alimentation, ledit élément de commutation haut QH étant typiquement commandé par un générateur à modulation de largeur d'impulsion délivrant un signal de commande HS. Réciproquement, une branche basse d'un demi-pont en H relie une borne du circuit contrôlé par le demi-pont en H à une borne basse du demi-pont en H, via un élément de commutation bas QL, la borne basse du pont en H étant connectée à la masse, ledit élément de commutation bas QL étant typiquement commandé par un générateur à modulation de largeur d'impulsion délivrant un signal de commande LS. Le demi-pont en H est alimenté par une tension d'entrée Vin entre la masse et la borne haute du demi-pont en H pour délivrer en sortie du système une tension de sortie Vout.

[0006] Comme cela est connu également, les phénomènes de « cross-conduction », selon l'expression en anglais connue de l'homme du métier, signifiant que les branches haute et basse d'un pont en H ou d'un demi-pont en H sont simultanément passantes, sont à proscrire.

[0007] A cette fin, il est connu de commander les éléments de commutation en opposition de phase.

[0008] Par ailleurs, toute commande de commutation d'un demi-pont en H fait l'objet d'un temps mort durant lequel les éléments de commutation haut et bas sont tous deux ouverts. L'objectif est notamment que l'élément de commutation dont l'ouverture est commandée soit bel et bien ouvert avant de commander la fermeture de l'autre élément de commutation afin de s'assurer qu'il n'y ait pas de « cross-conduction ».

[0009] Un inconvénient de la mise en œuvre de temps morts telle qu'elle est réalisée dans l'état de l'art réside dans le fait que lesdits temps morts sont configurés de manière à assurer qu'aucun phénomène de « cross-conduction » ne se produise. Il est par conséquent généralement long et empêche d'augmenter la vitesse de commutation du pont en H correspondant.

[0010] D'autre part, comme cela est connu, toujours en référence à la figure 1 , les demi-ponts en H comprennent de préférence des éléments de commutation QH, QL permettant une commutation douce, c'est-à-dire sans perte, ou ZVS pour « zéro voltage switching » en anglais. Dès lors, lesdits éléments de commutation QH, QL sont composés d'un élément de commutation avec, en parallèle, une capacité CH, CL dite de commutation douce. La charge et la décharge de ces capacités CH, CL est contrôlée de façon à permettre une commutation douce du demi-pont en H. En d'autres termes, la charge complète ou la décharge complète de ces capacités CH, CL de commutation douce est nécessaire pour permettre la fermeture d'un élément de commutation avec une tension nulle ou quasi nulle à ses bornes.

[0011 ] Comme cela est connu, sur réception d'une commande de commutation, un temps mort est imposé aux éléments de commutation haut et bas QH, QL durant lequel lesdits éléments de commutation sont tous forcés à l'état ouvert. Le temps mort permet de charger ou décharger les capacités CH, CL de sorte qu'une commutation douce est possible. [0012] Pour que les commutations du bras d'interrupteur soient rapides, ledit temps mort doit être le plus court possible.

[0013] Dans le contexte, comme à la figure 1 , d'un demi-pont en H, à commutation douce, commandé en fréquence pour contrôler une énergie circulant dans un circuit convertisseur de tension continu-continu, tel qu'un circuit résonnant LLC associé à un redresseur RD, le nombre de paramètres à prendre en considération pour déterminer la durée « idéale » du temps mort est important. De plus, ladite durée « idéale » varie à chaque commutation.

[0014] Pour une topologie de circuit du type de celle du circuit représenté à la figure 1 , ladite durée du temps mort dépend ainsi de nombreux paramètres et grandeurs électriques, tels que la fréquence de commutation, la tension Vin délivrée à l'entrée du demi-pont en H ou encore de la tension Vout en sortie du circuit résonnant LLC, etc.

[0015] Dans l'état de l'art, le temps mort présente une durée fixe, qui correspond à une valeur vérifiant toujours les conditions d'une commutation douce quelles que soient les valeurs des paramètres ci-dessus. Par conséquent, un tel temps mort est exagérément long dans de nombreux cas.

[0016] Pour résoudre cet inconvénient, une solution connue consiste à réaliser de longs tests en laboratoire pour déterminer une pluralité de temps morts adaptés à différents contextes, en termes de tension d'entrée, de tension de sortie, de fréquence de commutation, etc. L'ensemble de ces durées possibles de temps mort sont alors stockés dans une mémoire du système et, lors du fonctionnement du système, en fonction du contexte, la durée de temps mort la mieux adaptée est utilisée. Cependant, cette solution connue présente l'inconvénient d'induire de très longs temps de mise au point en laboratoire afin de déterminer l'ensemble des durées de temps mort possibles. En outre, le nombre de durées de temps morts possibles stockées en mémoire étant par définition limité, et pour limiter également les temps de mise au point en laboratoire, cette solution connue ne permet pas d'obtenir une précision optimale de la durée du temps dans toute situation.

[0017] Il existe donc un besoin pour un procédé de commutation d'un bras d'interrupteur, tel qu'un demi-pont en H, qui permette l'ajustement en temps réel, précis et maîtrisé, de la durée du temps mort mis en œuvre lors de chaque commutation.

[0018] A cette fin, la présente invention propose en particulier un procédé d'optimisation de la durée d'un temps mort observé lors de chaque commutation d'un bras d'interrupteur, en fonction notamment de la fréquence de commutation et de différents paramètres électriques du circuit convertisseur de tension commandé par ledit bras d'interrupteur.

PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION [0019] Plus précisément, l'invention vise un procédé de commande des commutations d'un système électrique comprenant au moins un bras d'interrupteur commandé en fréquence, un circuit primaire résonnant connecté au bras d'interrupteur, et un circuit secondaire, un transformateur étant connecté entre le circuit primaire résonnant et le circuit secondaire, le circuit primaire présentant une première inductance parallèle au transformateur, ledit bras d'interrupteur présentant une branche haute comprenant un élément de commutation haut, connecté à une borne haute du bras et une branche basse comprenant un élément de commutation bas, connecté à une borne basse du bras, lesdits éléments de commutation présentant respectivement une capacité parasite et ledit bras d'interrupteur présentant par ailleurs au moins une capacité de commutation douce, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :

sur réception d'une commande de commutation dudit au moins un bras d'interrupteur, le commencement d'un temps mort pendant lequel les éléments de commutation haut et bas sont ouverts,

la détermination d'une durée du temps mort à partir de l'expression :

Vin

(1 + β) x x CTotal x 4 x N x Fsw x Lm

Vout

où Vin est la tension d'entrée du circuit primaire résonnant, Vout est la tension de sortie du circuit secondaire, N est le rapport de transformation du transformateur, Lm est la valeur de la première inductance du circuit primaire résonnant, β est une marge choisie, par exemple égale à 0,2, et CTotal = 2 x Coss + Czvs, Coss étant la valeur de chaque capacité parasite et Czvs étant la valeur totale de ladite au moins une capacité de commutation douce, la fermeture de l'élément de commutation haut, respectivement bas, lorsque la durée du temps mort est écoulée.

[0020] Il peut être noté que la première inductance est par exemple une inductance magnétisante intégrée au transformateur. [0021 ] Le procédé selon l'invention permet d'optimiser en temps réel la durée d'un temps lors d'une commutation dans un bras d'interrupteur tel qu'un pont en H, commandé en fréquence, quel que soit la fréquence de commutation ou la tension d'entrée. [0022] Grâce à la présente invention, on réalise des commutations douces avec un temps mort réduit. La présente invention est particulièrement adaptée dans le cas d'un système électrique dans lequel le bras d'interrupteur contrôle l'énergie circulant dans un circuit résonnant car la durée du temps mort se trouve fortement impacté par la fréquence de commutation.

[0023] Selon un mode de réalisation, le procédé selon l'invention est un procédé de commande des commutations d'un circuit comprenant deux bras d'interrupteurs formant un pont en H commandé en fréquence.

[0024] La présente invention vise également un système électrique comprenant au moins un bras d'interrupteur commandé en fréquence, un circuit primaire résonnant connecté au bras d'interrupteur et un circuit secondaire, un transformateur étant connecté entre le circuit primaire résonnant et le circuit secondaire, le circuit primaire résonnant présentant une première inductance parallèle au transformateur, ledit bras d'interrupteur présentant une branche haute comprenant un élément de commutation haut, connecté à une borne haute du bras et une branche basse comprenant un élément de commutation bas, connecté à une borne basse du bras, lesdits éléments de commutation présentant respectivement une capacité parasite et ledit bras d'interrupteur présentant par ailleurs au moins une capacité de commutation douce, ledit système comprenant par ailleurs une unité de commande comprenant un circuit de calcul d'une durée de temps mort à partir de l'expression :

Vin

(1 + β) X— X C Total x 4 x N x F sw x L m

vout où Vin est la tension d'entrée du circuit primaire résonnant, Vout est la tension de sortie du circuit secondaire, N est le rapport de transformation du transformateur, Lm est la valeur de la première inductance du circuit primaire résonnant, β est une marge choisie, par exemple égale à 0,2, et CTotal = 2 x Coss + Czvs,

ladite unité de commande étant configurée pour, sur réception d'une commande de commutation, débuter un temps mort en ouvrant les éléments de commutation haut et bas et terminer le temps mort en fermant l'élément de commutation haut, respectivement bas, lorsque la durée de temps mort préalablement calculée est atteinte. [0025] Selon un mode de réalisation, β = 0,2.

[0026] Selon un mode de réalisation, un tel système électrique dorme un convertisseur de tension continu-continu. [0027] Avantageusement, l'unité de commande comprend deux générateurs monostables à modulation de largeur d'impulsions délivrant des commandes de commutations respectivement à la branche haute et à la branche basse du bras d'interrupteur. [0028] Avantageusement, le circuit primaire résonnant est un circuit LLC.

[0029] L'invention vise aussi un système de chargeur électrique d'une batterie, notamment d'un véhicule automobile électrique ou hybride, comprenant un système électrique tel que brièvement décrit ci-dessus.

DESCRIPTION DES FIGURES [0030] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés sui représentent :

la figure 1 , le schéma d'un système électrique comprenant demi-pont en H contrôlant l'énergie circulant dans un circuit résonnant LLC, conformément à l'état de l'art,

- la figure 2, un jeu de diagrammes montrant les différentes phases de fonctionnement d'un système électrique conforme à la figure 1 .

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION [0031 ] Il est rappelé que la présente invention est décrite ci-après à l'aide de différents modes de réalisation non limitatifs et est susceptible d'être mise en œuvre dans des variantes à la portée de l'homme du métier, également visées par la présente invention.

[0032] Le système électrique de la figure 1 a été partiellement décrit précédemment. Ledit système électrique comprend un bras d'interrupteur H, formant un demi-pont en H, connecté à un circuit convertisseur de tension continu-continu composé d'un circuit résonnant LLC associé à un redresseur RD. Ledit demi-pont en H présente une branche haute comprenant un élément de commutation haut QH, connecté à une borne haute du demi-pont en H, et une branche basse comprenant un élément de commutation bas QL, connecté à une borne basse du bras. [0033] Autrement dit, le demi-pont en H, désigné H sur la figure 1 , contrôle l'énergie circulant dans le circuit convertisseur de tension continu-continu, composé du circuit résonnant LLC et du redresseur RD, au moyen des commutations des éléments de commutation haut et bas QH, QL. [0034] Selon le mode de réalisation de la figure 1 , le circuit convertisseur de tension continu-continu présente une isolation galvanique et comprend un circuit résonnant LLC au primaire et un redresseur RD au secondaire, avec, entre le primaire et le secondaire, un transformateur Trf. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1 , par ailleurs, le transformateur Trf inclut l'inductance magnétisante Lm du primaire. Alternativement, au lieu d'utiliser une inductance magnétisante intégrée au transformateur Trf, il peut être prévu une inductance de résonnance supplémentaire connectée en parallèle du transformateur Trf.

[0035] En outre, dans le cas présent, au secondaire, le redresseur RD comprend des diodes, mais il pourrait comprendre des éléments de commutation. [0036] Une tension Vin est délivrée en entrée du circuit convertisseur de tension continu-continu et ce dernier délivre en sortie une tension de sortie Vout. Le circuit résonnant LLC comprend par ailleurs une inductance de résonnance Lr et une capacité de résonnance CR.

[0037] Dans le mode de réalisation de la figure 2, le circuit convertisseur de tension continu-continu comprend une seule capacité de résonance CR en série avec l'inductance de résonance Lr et le transformateur Trf, la branche les comprenant étant connectée entre le point milieu des éléments de commutation QH, QL et la borne basse du bras d'interrupteur H. Cependant, le circuit résonnant LLC pourrait être différent. Par exemple, l'inductance de résonance Lr et le transformateur Trf pourraient être en série dans une branche connectée entre le point milieu du bras d'interrupteur H et un point milieu de deux capacités de résonnance égale. Les deux capacités de résonnance sont alors elles-mêmes connectées entre leur point milieu et respectivement la borne haute et la borne basse du circuit.

[0038] Dans le demi-pont en H, les commutations des éléments de commutation haut et bas QH, QL sont commandées en fréquence, typiquement au moyen de deux générateurs à modulation de largeur d'impulsion monostables (non représentés) commandés en opposition de phase. Un générateur à modulation de largeur d'impulsion permet de commander l'élément de commutation haut QH et un autre générateur à modulation de largeur d'impulsion permet de commander l'élément de commutation bas QL.

[0039] Selon le mode de réalisation de la figure 1 , les éléments de commutation QH, QL présentent par ailleurs chacun une capacité de commutation douce CH, CL connectée en parallèle. [0040] Comme cela a été décrit précédemment, la durée « idéale » du temps mort correspond au temps minimum nécessaire pour s'assurer, lors d'une commutation des éléments de commutation QH, QL, que la commutation à l'état fermé d'un élément de commutation se fait à une tension nulle ou quasi nulle. [0041 ] Comme évoqué précédemment, la durée « idéale » du temps mort dépend de nombreux paramètres et grandeurs électriques. Par exemple, dans le contexte du système électrique représenté à la figure 2, la durée « idéale » du temps dépend de la valeur des capacités de commutation douce CH, CL, de la valeur des capacités parasites Coss, de la tension d'entrée Vin, de la fréquence de commutation Fsw, de la valeur de l'inductance magnétisante Lm, de la tension de sortie Vout ou encore du rapport de transformation N du transformateur Trf.

[0042] La grande variabilité de la durée « idéale » du temps mort rend a priori excessivement complexe la mise en œuvre d'une solution selon laquelle la durée du temps serait prédéterminée en temps réel avant chaque commutation. [0043] La présente invention permet cependant d'ajuster précisément et en temps réel la durée du temps mort.

[0044] A cette fin, dans le contexte d'un système électrique, tel que celui de la figure 1 par exemple, où un bras d'interrupteur H commandé en fréquence contrôle un circuit convertisseur de tension continu-continu comportant d'un circuit résonnant LLC, il est prévu le calcul d'une durée « idéale » de temps mort, en temps réel, à chaque commutation du bras d'interrupteur H.

[0045] Le circuit résonnant LLC comprend deux inductances Lr, Lm, une capacité de résonnance CR et un transformateur Trf. L'inductance magnétisante Lm peut être intégrée au transformateur Trf. De plus, l'inductance de résonnance Lr peut également être intégrée, totalement ou partiellement, dans l'inductance de fuite du transformateur Trf.

[0046] Le convertisseur continu-continu consiste ainsi généralement, conformément au mode de réalisation préféré, en un circuit résonnant de type LLC associé à un redresseur RD, ledit circuit résonnant LLC étant efficient pour gérer des fréquences de commutation élevées, supérieures à la fréquence de résonnance du circuit. [0047] En référence à la figure 2, les phases de fonctionnement d'un système électrique tel que représenté à la figure 1 , comprenant un bras d'interrupteur de type demi- pont en H et un convertisseur continu-continu de type circuit résonnant LLC, réalisant des commutations douces, suivent les étapes décrites ci-après. Sur les diagrammes de la figure 2, VCL représente la tension aux bornes de la capacité basse de commutation douce CL, VCR est la tension aux bornes de la capacité de résonance CR, IS est le courant de sortie du système, Ir est le courant de résonance qui circule dans la capacité de résonnance CR et dans l'inductance de résonnance Lr, Im est le courant qui circule dans l'inductance magnétisante Lm du circuit primaire du transformateur Trf. Dans le mode de réalisation de la figure 1 , l'inductance Lm est une inductance magnétisante intégrée au transformateur Trf, dont la valeur est de préférence comprise entre 10 et 100 μΗ, typiquement égale à environ 36 μΗ. Cependant, l'inductance Lm pourrait être une inductance de résonnance supplémentaire connectée en parallèle dudit transformateur Trf. C'est notamment le cas lorsque l'inductance magnétisante du transformateur Trf a une valeur élevée, par exemple de l'ordre de 1 mH. VQH et VQL sont les tensions de commande respectives appliquées aux bornes des éléments de commutation haut et bas QH, QL. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1 , les éléments de commutation haut et bas QH, QL sont des MOSFETs et les tensions VQH et VQL sont appliquées entre la grille et la source respective de chacun desdits MOSFETs. En outre, sur la figure 2, les intensités sont représentées en ampères et les tensions en volts.

[0048] Une première période, comprise entre les temps t1 et t2 sur la figure 2, voit le demi-pont en H commuter à l'état ouvert. Quand l'élément de commutation bas QL commute à l'état ouvert, la capacité basse CL se charge tandis que la capacité haute CH se décharge à travers un courant de résonnance. La présence de la capacité basse CL, en vue d'assurer une commutation douce, fait augmenter linéairement le courant traversant l'élément de commutation bas QL, permettant la commutation douce, à l'état ouvert, dudit élément de commutation bas QL. La valeur des capacités haute et basse CH, CL, pour la commutation douce des éléments de commutation haut et bas QH, QL, doit être telle que le temps de chargement de la capacité basse CL jusqu'à la valeur de la tension d'entrée Vin et le temps de déchargement de la capacité haute CH jusqu'à 0 soient inférieurs à la durée du temps mort, afin d'éviter tout phénomène de cross-conduction. Selon l'invention, c'est la durée du temps qui sera adaptée à chaque commutation.

[0049] Une deuxième période, comprise entre les temps t2 et t3, voit le demi-pont en H commuter à l'état passant. Lorsque l'élément de commutation haut QH est totalement déchargé, la diode dudit élément de commutation haut QH conduit le courant de résonnance et la tension aux bornes de l'élément de commutation haut est nulle. L'élément de commutation haut QH peut faire l'objet d'une commutation douce à l'état passant à partir de l'instant t3. [0050] Lors d'une troisième période, comprise entre les temps t3 et t4, l'inductance de résonnance Lr et la capacité de résonnance CR entrent en résonnance. La tension aux bornes du transformateur Trf est écrêtée à une valeur constante égale à Vout/N, N étant le rapport de transformation du transformateur Trf, du fait de la présence d'une charge, telle qu'une batterie, connectée aux bornes de sortie du système électrique. Le courant magnétisant augmente linéairement d'une valeur négative à une valeur positive, ce qui implique que l'inductance magnétisante Lm passe d'un état où elle libère de l'énergie à un état où elle en stocke, entre les instants t3 et t4.

[0051 ] La quatrième période, comprise entre les instants t4 et t5, correspond à la commutation inverse du demi-pont en H par rapport à la commutation qui se produit entre les instants t1 et t3. L'élément de commutation haut QH réalise une commutation douce à l'état ouvert et l'élément de commutation bas QL réalise une commutation douce à l'état passant. Le courant magnétisant lm, entre les instants t4 et t5, fournit le courant permettant la commutation douce des éléments de commutation. [0052] Comme explicité précédemment, l'objectif principal de la présente invention est de permettre un ajustement optimal et en temps réel de la durée du temps mort lors des commutations douces du bras d'interrupteur, tel que le demi-pont en H représenté à la figure 1 .

[0053] Pour des raisons déjà évoquées et qui ne seront pas développées à nouveau, il est nécessaire, pour réaliser des commutations douces d'un bras d'interrupteur commandé en fréquence, que, pour toute tension d'entrée Vin, pour toute puissance requise par la charge, telle qu'une batterie, en sortie, et pour toute fréquence de commande, que les capacités haute et basse CH, CL soient totalement chargées, respectivement déchargées, avant que l'élément de commutation correspondant QH, QL ne commute à l'état fermé. Autrement dit, il est nécessaire, quel que soit le contexte, que les capacités haute et basse CH, CL soient totalement chargées avant la fin du temps mort.

[0054] Le chargement et le déchargement des capacités de commutation douce haute et basse CH, CL sont réalisés grâce au courant magnétisant lm. De ce fait, le temps nécessaire pour que ledit courant magnétisant lm charge ou décharge les capacités haute et basse CH, CL peut être calculé.

[0055] En effet, lors de chaque demi-cycle, un cycle étant représenté entre les temps t1 et t5 sur la figure 2, le courant magnétisant lm est une fonction linéaire de la tension aux bornes du transformateur Trf, écrêtée à une valeur constante égale à Vout/n, comme expliqué précédemment. [0056] Le courant magnétisant maximal pour assurer une commutation douce, désigné Izvs, s'exprime de la façon suivante :

L — = n V , => L ■ Izvs ~ ~Izvs ) = n -v , , où T est la période de dt T 12

commutation du bras d'interrupteur. soit I ms =— ^ .

4nfF sw L m

[0057] En parallèle, pour assurer une commutation douce du bras d'interrupteur, le temps mort doit présenter une valeur supérieure au temps permettant une décroissance complète, jusque 0 V, de la tension aux bornes de l'élément de commutation QH, respectivement QL. [0058] De ce fait, la durée du temps mort doit respecter l'inégalité suivante : — j

zvs où td est la durée du temps mort, Vin la tension d'entrée, Izvs est le courant magnétisant maximal, également désigné courant de commutation douce, et CTotal est la valeur totale de la capacité du bras d'interrupteur. C Total = IC ^ +C^ [0059] Il en découle : t d — y C Total 4-nf sw L m

[0060] Il faut noter que la valeur totale de la capacité du bras d'interrupteur, désignée CTotal, comprend la valeur de la capacité totale de commutation douce des éléments de commutation haut et bas QH, QL et les capacités parasites Coss desdits deux éléments de commutation haut et bas QH, QL. Ainsi, la capacité totale de commutation douce Czvs peut ainsi consister en une unique capacité de commutation douce, placée typiquement en parallèle de l'élément de commutation bas QL, ou consister en deux capacités de commutation douce haute et basse CH, CL, comme sur la figure 1 , placées respectivement en parallèle de l'élément de commutation haut QH et de l'élément de commutation bas QL. [0061 ] En outre, il doit de préférence être tenu compte d'une tolérance sur les valeurs des capacités parasites Coss et de la capacité totale de commutation douce Czvs. Par conséquent, selon l'invention, la durée « idéale » du temps mort est déterminée comme devant répondre à l'équation suivante. où β est une marge choisie notamment pour tenir compte des tolérances évoquées ci-dessus sur les valeurs des capacités. Typiquement, β peut être choisi égal à 20%.

[0062] Il faut noter par ailleurs que les capacités parasites Coss, bien qu'elles ne soient pas des composants linéaires, n'empêchent pas la mise en œuvre du calcul pour déterminer la durée « idéale » du temps mort selon la formule ci-dessus, car les fabricants d'éléments de commutation QH, QL, de type MOSFET, communiquent, parmi les informations relatives aux composant qu'ils fournissent, les temps de chargement des capacités parasites des éléments de commutation, permettant de connaître les valeurs desdites capacités parasites.

[0063] En résumé, grâce à la présente invention, il est possible de calculer en temps réel une durée de temps mort « idéale », fonction notamment des tensions d'entrée Vin et de sortie Vout et de la fréquence de commutation Fsw. Ainsi calculée au plus juste, la durée affectée au temps mort permet d'assurer une commutation douce en un temps le plus court possible, adapté précisément à chaque commutation.

[0064] Cette possibilité nouvelle permise par la présente invention est particulièrement importante pour les commutations mises en œuvre dans un bras d'interrupteur commandant un circuit convertisseur de tension comprenant un circuit résonnant de type LLC, afin de ne pas imposer des temps inutilement longs, en particulier lorsque les fréquences de commutation sont réduites.

[0065] Dans un système électrique, pour mettre en œuvre la présente invention, il est prévu un circuit de commande contrôlant les commutations du bras d'interrupteur, commandé en fréquence et contrôlant l'énergie circulant dans le circuit convertisseur de tension continu-continu comprenant le circuit résonnant LLC. Ledit circuit de commande comprend des moyens de calcul pour déterminer, en temps réel, la durée « idéale » du temps mort à mettre en œuvre à chaque commutation du bras d'interrupteur.