La présente invention se rapporte à un circuit convertisseur matriciel à n niveaux par phase comprenant n bras de conversion alimentés respectivement par n niveaux de tensions intermédiaires et reliés en sortie en un point commun générant un courant de sortie. Un tel circuit s'appelle également onduleur multi-niveaux de tension,

D'une façon générale, en électronique de puissance, la technique des onduleurs multi-niveaux propose de nombreuses topologies dont principalement de type NPC pour « Neutral Point Clamped » et MPC pour « Multi Point Clamped ». Leurs caractéristiques principales sont :

- l'existence de diodes clamp dans leur architecture; et

- sur la forme de tension de sortie, un nombre de niveaux impair pour le NPC et pair pour le MPC.

Les onduleurs multiniveaux sont initialement dédiés à la haute tension. De ce fait, par de modifications topologiques, on cherche généralement à augmenter la puissance en générant des tensions plus élevées, et on cherche également à obtenir des signaux de sortie présentant un contenu harmonique réduit.

Les structures classiques NPC et MPC sont schématiquement représentées sur les figures 1 et 2 respectivement. Sur la figure 1, on voit une structure NPC monophasée à trois niveaux ayant pour source une tension continue E alimentant deux condensateurs Cl et C2 de façon à obtenir trois niveaux différents de tension continue : E/2, 0 et -E/2. La tension aux bornes de chaque condensateur Cl et C2 étant égale en valeur absolue à E/2. Les diodes Dl et D2, dites diodes « clamp » permettent de limiter la tension relative à chacune des condensateurs. Par principe, pour un onduleur multiniveaux de type NPC (« Neutral Point Clamped Multilevel Inverter ») à N-niveaux, les équations donnant le nombre des différents composants intervenant dans la topologie sont:

- nombre de condensateurs BC = N - 1 ;

- nombre de transistors (interrupteurs) NT = 2(/V - 1) , et

- nombre de diodes clamp par phase NDC = 2(/V - 2) . Sur la figure 1, les interrupteurs de sortie sont des transistors associés chacun à une diode Kl, K2, K3 et K4.

Sur la figure 2, on voit une structure monophasée à cinq niveaux. De la même manière, les condensateurs Cl, C2 et C3 permettent d'obtenir quatre tensions différentes à partir d'une source de tension continue E. En sortie, on distingue six interrupteurs (un transistor T, associé à une diode K|). La sortie A est disposée entre les transistors T3 et T4. La tension la plus élevée ( à la borne positive du condensateur Cl) alimente le transistor Tl, alors que la tension la plus négative alimente le transistor T6. La tension continue entre les condensateurs Cl et C2 alimente le point d'intersection entre les transistors Tl et T2 via la diode clamp Dl d'une part, et alimente le point d'intersection entre les transistors T4 et T5 via la diode clamp D2 d'une autre part. De la même manière, la tension continue entre les condensateurs C2 et C3 alimente le point d'intersection entre les transistors T2 et T3 via la diode clamp D3 d'une part, et alimente le point d'intersection entre les transistors T5 et T6 via la diode clamp D4 d'une autre part.

De tels types d'onduleurs multi-niveaux sont principalement utilisés pour les hautes tensions. En ce qui concerne des systèmes de moyenne et basse tension, on utilise généralement des onduleurs à deux niveaux. De tels systèmes sont par exemple des systèmes embarqués. Dans les éoliennes notamment, pour des machines asynchrones à double alimentation, on utilise des onduleurs à deux niveaux. Leur fréquence de découpage est relativement importante et on constate que le facteur de puissance est généralement dégradé.

On connaît le document US6930899 qui décrit des topologies sans diodes clamp avec des bras ayant une série de deux transistors IGBT reliés par leur collecteur et non par leur émetteur. Le dispositif décrit dans ce document permet de réduire le nombre de composants de façon à améliorer la qualité du signal de sortie. Cependant, ce dispositif comporte encore de nombreux composants ce qui est néfaste à la consommation, à la compatibilité électromagnétique que doivent respecter tout dispositif rayonnant, et la conception d'un tel dispositif reste encore onéreux. La présente invention a donc pour but un onduleur matriciel multi- niveaux pour lequel la consommation est réduite par rapport aux dispositifs de l'art antérieur.

Un autre but de l'invention est le développement de nouvelles structures d'onduleurs à N niveaux dédiés à la basse tension.

La présente invention a encore pour but une conception rapide et peu onéreux d'une nouvelle structure d'onduleur à N niveaux.

On atteint au moins l'un des objectifs précités avec un circuit convertisseur matriciel à n niveaux par phase comprenant n bras de conversion alimentés respectivement par n niveaux de tensions intermédiaires et reliés en sortie en un point commun générant un courant de sortie. Selon l'invention, ce circuit convertisseur matriciel comprend :

- deux bras externes respectivement alimentés par le plus élevé niveau de tension positive et par le plus faible niveau de tension négative, ces deux bras externes comportant chacun un unique transistor IGBT, et

- deux transistors IGBT reliés en série par leur émetteur sur chacune des n-2 bras internes. Avec ce circuit convertisseur matriciel selon l'invention, on aboutit à une topologie simplifiée où la conduction de courant est assurée par un seul transistor sur un bras externe et par un transistor quatre quadrants sur un bras interne. Les pertes de conduction des interrupteurs sont plus faibles que celles des convertisseurs classiques NPC et MPC. On réduit le nombre d'interrupteurs de puissance utilisés par rapport à des circuits conventionnels de type NPC ou MPC. L'onduleur selon l'invention ne comporte pas de diodes clamp; par diode clamp on entend une diode qui relie un point à potentiel fixe du coté des batteries de condensateurs à un autre point du bras d'onduleur...

La présente invention propose une nouvelle structure d'onduleurs à N niveaux dédiés notamment à la basse tension. A titre d'exemple non limitatif, on utilisera de préférence cet onduleur selon l'invention pour N inférieur ou égal à cinq. On peut travailler avec tous les niveaux intermédiaires de la source d'alimentation : de deux à N, donc possibilité de réglage de la valeur efficace de la tension de sortie. Par rapport au document US6930899, l'onduleur selon l'invention ne comporte qu'un seul transistor IGBT sur les bras externes.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le circuit convertisseur selon l'invention comprend un module de commande alimenté par une mesure du courant de sortie et configuré de façon à commander les transistors IGBT par hystérésis modulée. En d'autres termes, on ajoute une boucle de contre-réaction en courant de type hystérésis modulée. De ce fait, le taux de distorsion harmonique en courant (TDHi) tend vers zéro et le facteur de puissance s'en trouve fortement amélioré. Cette qualité est particulièrement intéressante pour les systèmes embarqués tout électrique dont la source dispose d'une énergie limitée dans le temps.

Avantageusement, le circuit convertisseur selon l'invention peut comprendre une boucle de contre-réaction incluant un capteur à effet hall pour la mesure du courant de sortie.

Avantageusement, le module de commande par hystérésis modulée comprend :

- un additionneur pour additionner une porteuse triangulaire avec une consigne de courant issue de la comparaison entre ladite mesure de courant et un courant de référence,

- un comparateur à hystérésis alimenté par l'additionneur, et

- un circuit de mise en forme de signaux alimenté par le comparateur à hystérésis et générant des signaux de commande des transistors IGBT.

En d'autres termes, il s'agit d'une commande par modulation de largeur d'impulsions (MLI, PWM en anglais pour « puise width modulation ») obtenue avec une sinusoïde et une seule onde porteuse. Une telle commande peut avantageusement être réalisée au moyen d'une carte de développement numérique type DSP pour processeurs de traitement numérique du signal (« digital signal processor » en anglais).

De préférence, la commande avec le contrôle par hystérésis modulé de courant est de réalisation totalement analogique, donc simple et robuste. Ce principe permet d'améliorer fortement le facteur de puissance du circuit convertisseur, donc une utilisation durable et optimale de l'énergie électrique mise en jeu.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le module de commande est configuré de façon à produire une fréquence de découpage inférieure à cinq kHz. Avec une faible fréquence de découpage, les pertes de commutation sont considérablement diminuées et le rendement du convertisseur reste important avec une augmentation de la durée de vie des transistors IGBT.

Avec l'utilisation des transistors IGBT, le circuit convertisseur selon l'invention fonctionne en commutation dure avec toutefois une solidité et une viabilité renforcée. A titre indicatif et non limitatif, le module de commande peut être configuré de façon à produire une fréquence de découpage égale à deux kHz. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le circuit convertisseur selon l'invention comporte un câblage constitué par des conducteurs plans de type « bus barre » comprenant une pluralité de plaques métalliques pour alimenter les bras de conversion, chaque conducteur pouvant être constitué de plusieurs plaques métalliques laminaires.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, au moins l'un des deux bras externes comporte en outre une diode en série avec l'unique transistor IGBT, l'anode de la diode étant reliée à l'émetteur du transistor IGBT. On peut également prévoir un mode de réalisation dans lequel au moins l'un des deux bras externes comporte en outre deux diodes parallèles mais de sens opposé, l'ensemble constitué de ces diodes étant mis en série avec l'unique transistor IGBT. Avec de telles réalisations, on limite la chute de tension aux bornes des bras externes, ce qui est bénéfique pour un travail sous haute tension.

Une telle réalisation procure un très bon comportement en compatibilité électromagnétique grâce à de très faibles valeurs de taux de distorsion en tension (THDv) et en courant (THDi). Ce câblage est notamment utilisé pour des interconnexions entre d'autres circuits de puissance et le présent circuit convertisseur.

Les caractéristiques ainsi définies contribuent à l'accroissement de la viabilité du circuit convertisseur selon la présente invention avec une économie non négligeable sur la consommation et une meilleure qualité de l'énergie électrique. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de conception d'un circuit convertisseur matriciel tel que défini ci-dessus. Dans le procédé selon l'invention, on conçoit ledit circuit convertisseur en assemblant plusieurs éléments modulaires identiques.

Avantageusement, l'élément modulaire comprend deux bras parallèles destinés à recevoir chacun en entrée un niveau de tension intermédiaire, ces bras étant reliés en sortie en un point constituant ledit point commun générant un courant de sortie. Au sein de cet élément modulaire :

- chaque bras comporte un transistor IGBT relié en série avec un interrupteur mécanique ;

- sur le bras devant être alimenté par le niveau de tension le plus élevé, le collecteur du transistor IGBT est disposé du côté de l'entrée apte à recevoir ce niveau de tension le plus élevé ; l'interrupteur mécanique étant disposé entre ce transistor IGBT et le point commun ;

- sur le bras devant être alimenté par le niveau de tension le moins élevé, l'émetteur du transistor IGBT est disposé du côté de l'entrée apte à recevoir ce niveau de tension le moins élevé ; l'interrupteur mécanique étant disposé entre ce transistor IGBT et cette entrée apte à recevoir ce niveau de tension le moins élevé.

Avec un tel procédé de conception et des éléments modulaires ainsi définis, il devient aisé de concevoir rapidement par emboîtement un circuit convertisseur selon l'invention. On réduit ainsi considérablement le coût et le délai de conception d'un circuit convertisseur.

Plus précisément, on prévoit à ce que la conception se réalise par emboîtement latérale des éléments modulaires identiques de façon à constituer le circuit convertisseur souhaité ; chaque transistor IGBT étant associé à une butée mécanique destinée à déconnecter un interrupteur mécanique lors de la conception.

Selon l'invention, chaque élément modulaire comporte une batterie de condensateurs disposée en entrée entre les deux bras.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une structure NPC selon l'art antérieur ;

- la figure 2 est une vue schématique d'une structure MPC selon l'art antérieur ;

- la figure 3 est une vue schématique d'un onduleur matriciel trois niveaux monophasé selon l'invention ;

- la figure 4 est une vue schématique d'un onduleur matriciel quatre niveaux monophasé selon l'invention ;

- la figure 5 est une vue schématique d'un onduleur matriciel cinq niveaux monophasé selon l'invention ;

- la figure 6 est une vue schématique d'un onduleur matriciel trois niveaux triphasé selon l'invention ;

- la figure 7 est une vue schématique d'un onduleur matriciel cinq niveaux triphasé selon l'invention ;

- la figure 8 est une vue schématique d'un élément modulaire pour la conception par emboîtement d'un onduleur matriciel selon l'invention ;

- la figure 9 est une vue schématique d'un onduleur matriciel trois niveaux monophasé conçu à partir de deux éléments modulaires selon l'invention ;

- la figure 10 est une vue schématique d'un onduleur matriciel quatre niveaux monophasé conçu à partir de trois éléments modulaires selon l'invention ;

- les figures l ia, 11b, 11c et l ld illustrent des courbes de fonctionnement pour des onduleurs à 2, 3, 4 et 5 niveaux respectivement en mode dégradé selon l'invention ;

- les figures 12a, 12b, 12c et 12d illustrent des courbes de fonctionnement pour un onduleur 5 niveaux à commutation d'étage selon l'invention ;

- les figures 13a-13f illustrent des courbes de fonctionnement pour un onduleur 3 niveaux triphasé selon l'invention ;

- les figures 14a-14f illustrent des courbes de fonctionnement pour un onduleur 5 niveaux triphasé selon l'invention ;

- les figures 15a, 15b et 15c sont des vues schématiques d'un onduleur matriciel « N » niveaux monophasé comprenant des interrupteurs de limitation de chute de tension selon l'invention ; et - la figure 16 est une vue schématique d'une source continue avec des bancs de condensateurs.

Sur la figure 3, on voit un exemple d'onduleur ou convertisseur matriciel à trois niveaux selon la présente invention. La source de tension continue et les condensateurs ne sont pas représentés. Cet onduleur trois niveaux comporte trois bras alimentés respectivement par trois niveaux de tension continue VI, 0 et -VI . Les deux bras externes sont les bras alimentés respectivement par VI et -VI . Le bras externe alimenté par VI comporte un interrupteur Tl constitué par un transistor IGBT en parallèle avec une diode. L'émetteur du transistor IGBT est relié à l'anode de la diode, le collecteur du transistor IGBT étant relié à la cathode de la diode. Par la suite, un tel ensemble constitué d'un transistor IGBT et d'une diode disposée en parallèle de la manière indiquée ci-dessus, sera appelé « interrupteur IGBT ». Ainsi, le second bras externe alimenté par -VI comporte un interrupteur IGBT T4. Les deux interrupteurs IGBT Tl et T4 sont reliés, par leur émetteur, en un point commun A constituant la sortie de l'onduleur trois niveaux. Le signal de sortie est un signal de courant modulé en fonction de la conduction et de l'interruption des différents interrupteurs de l'onduleur. Le bras interne alimenté par une tension nulle comporte deux interrupteurs IGBT T2 et T3 disposés en série et relié l'un à l'autre par leur émetteur. La tension 0 volt alimente ainsi le collecteur de l'interrupteur IGBT T2, qui alimente à son tour l'émetteur de l'interrupteur IGBT T3, ce dernier ayant son collecteur relié au point commun A. Par rapport au dispositif NPC de l'art antérieur, on n'utilise pas ici de diodes clamp, mais par contre un seul transistor IGBT dans les bras externes. Les interrupteurs T2 et T3 du bras interne constituent un interrupteur à quatre quadrants comprenant donc deux transistors IGBT reliés en série par leur émetteur.

Sur la figure 3 on voit également un module DSP qui est une carte électronique munie de microprocesseurs standards et/ou de microprocesseurs de type DSP (pour « Digital Signal Processing ») et conçue de façon à générer des signaux de commande des transistors IGBT. De préférence on réalise une commande par modulation de largueur d'impulsions (MLI) à partir d'une sinusoïde et d'une seule onde porteuse avec une fréquence de découpage relativement basse par rapport aux dispositifs de l'art antérieur. La conception de cette commande est de préférence totalement analogique.

Avec un tel onduleur doté d'un minimum d'interrupteurs de puissance et commandé selon une stratégie pouvant être réalisée totalement de façon analogique, on obtient un coût de fabrication raisonnable et un onduleur ou convertisseur plus robuste et viable.

En variante, on peut appliquer une stratégie de commande de type « hystérésis modulée » de façon à améliorer l'allure du courant de sortie en réduisant les harmoniques. La méthode par « hystérésis modulée » allie les avantages d'une commande MLI et d'une commande par hystérésis simple. Cette méthode permet d'imposer une fréquence de découpage des transistors IGBT de l'onduleur lors d'un contrôle par hystérésis du courant de sortie. Plus précisément, on mesure le courant de sortie qui est ensuite comparé à une consigne. Le résultat de cette comparaison est ajouté à une porteuse triangulaire. L'ensemble alimente ensuite un comparateur à hystérésis qui génère alors un signal de commande qui est ensuite mis en forme en tant que signal logique de commande. On génère également un signal logique de commande complémentaire. Les deux signaux logiques de commande agissent respectivement sur les deux transistors IGBT d'un bras interne de l'onduleur.

Par ailleurs, les pertes de commutations d'un transistor étant proportionnelles à la fréquence des impulsions de commande, on réalise une commande à basse fréquence, de l'ordre de 1 à 2 kHz au lieu des 5 à 10 kHz habituellement. Les échauffements des transistors sont moindres, d'où un rallongement de leur durée de vie et un rendement global intéressant de l'onduleur.

On prévoit également un câblage laminaire avec une mise à la terre de façon à diminuer des courants en mode commun. A titre d'exemple non limitatif, on peut utiliser des feuilles de cuivre (épaisseur 0.5 mm) et des feuilles d'isolants (épaisseur 0.035mm) pour la réalisation de conducteurs plan. Ces conducteurs sont utilisés sur les bras de l'onduleur.

Ces conducteurs peuvent par exemple être de très faible épaisseur et être constitués de trois plaques parallèles de grandes dimensions selon un plan contenant l'onduleur. Les trois plaques sont séparées par des isolants également de faible épaisseur. Avantageusement, les trois bras correspondent respectivement aux deux bras externes et au bras interne. Le rapport entre d'une part l'épaisseur des isolants et celle des plaques, et d'autre part les grandes dimensions des plaques peuvent être de 1/500. Un tel conducteur laminaire est parfois nommé « bus barre ».

Sur la figure 4, on voit un onduleur à quatre niveaux selon l'invention. Les tensions continues d'entrée sont quatre tensions V2, VI, - VI et -V2 alimentant respectivement :

- un bras externe portant un interrupteur IGBT Tl,

- un bras interne portant deux interrupteurs IGBT T2, T4, en série et reliés par leur émetteur,

- un second bras interne portant deux interrupteurs IGBT T3, T5, en série et reliés par leur émetteur, et

- un second bras externe portant un interrupteur IGBT T6.

Sur la figure 5, on voit un onduleur à cinq niveaux selon l'invention. Les tensions continues d'entrée sont cinq tensions V2, VI, 0, -VI et -V2 alimentant respectivement :

- un bras externe portant un interrupteur IGBT Tl,

- un bras interne portant deux interrupteurs IGBT T2, T5, en série et reliés par leur émetteur,

- un second bras interne portant deux interrupteurs IGBT T3, T6, en série et reliés par leur émetteur,

- un troisième bras interne portant deux interrupteurs IGBT T4, 17, en série et reliés par leur émetteur, et

- un second bras externe portant un interrupteur IGBT T8.

Les bras externes ne comportent qu'un seul transistor IGBT et les bras internes deux transistors IGBT en série reliés par leur émetteur.

Ainsi, la topologie selon l'invention s'adapte à tout nombre de niveaux : pair et impair. Donc il se comporte simultanément comme un onduleur NPC (nombre de niveau impair) et comme des onduleurs MPC et « H-Bridge » (nombre de niveau pair, où le potentiel égal à 0 n'est pas accessible). Toutefois, il se distingue des onduleurs NPC et MPC notamment par l'absence des diodes clamps, et de l'onduleur H-Bridge par un seul bus de batterie de condensateurs.

Les versions triphasées en 3 et 5-niveaux sont représentées sur les figures 6 et 7.

Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, l'onduleur peut être obtenu à partir d'élément modulaire illustré sur la figure 8, avec^ ^{> Vl} . Il s'agit d'un bras d'onduleur à 2-niveaux. Ce module comporte au moins un condensateur C, deux interrupteurs IGBT τ (dont le collecteur est relié au potentiel positif du bus barre emmenant la tension Vi) etf (dont l'émetteur est relié au potentiel négatif du bus barre emmenant la tension V ₂ ), deux interrupteurs mécaniques^et^ ² , deux butées mécaniques ^{Bl B2} . La charge est connectée directement au point A. Sur la figure 9, on voit un exemple d'un montage modulaire d'un onduleur à 3-niveaux selon l'invention. En enclenchant, par exemple par le côté gauche un autre module, la butée^ ² vient ouvrir l'interrupteur mécanique^ et ^T ' ¹ vient se placer à l'endroit de^ ^; . Il en est de même pour ^B 2 sur^ ²² : ^ va se placer à l'endroit de^ ²² . On obtient ainsi un onduleur à 3-niveaux selon l'invention : un bus barre (non représenté) emmenant la tension continue vient se connecter sur les extrémités El et E2, la sortie étant le point A pour l'alimentation d'une charge.

Sur la figure 10, on voit un exemple de montage modulaire d'un onduleur à 4-niveaux.

Ainsi, le nombre de niveau K peut être directement lié au nombre de modules. Pour N modules on aura K= N-1 niveaux.

De cette propriété de modularité, le convertisseur selon l'invention peut fonctionner en mode dégradé. Les courbes de fonctionnement pour un nombre de niveau allant de 2 à 5, pour un onduleur monophasé à 5- niveaux, obtenues par simulation et à boucle ouverte, sont données sur les figures l ia, 11b, 11c et l ld . Le nombre de découpage de la tension est bien visible car la fréquence utilisée est 1000 Hz. La possibilité de fonctionnement en mode dégradé souligne une grande viabilité et surtout de solidité de l'onduleur, car en cas de panne d'un bras quelconque, l'appareil peut toujours continuer à travailler avec un nombre de niveau inférieur. Ce mode dégradé consiste à modifier la commande des interrupteurs de façon à maintenir la puissance transmise à la charge en mode normal ou en cas de panne. Dans ce dernier cas, l'appareil peut continuer à travailler de façon symétrique avec un nombre de niveau inférieur.

Ensuite, pour un nombre de niveaux fixé, les courbes des figures 12a, 12b, 12c et 12d présentent le fonctionnement, à boucle ouverte, d'un onduleur 5-niveaux par un réglage dit commutation d'étage. Cette action permet de faire varier la durée d'un pallier de la tension de sortie : on peut ainsi régler la valeur efficace totale et le fondamental de la tension de sortie de l'onduleur.

Les courbes ainsi obtenues permettent de souligner que les valeurs efficaces des tensions et de courant de sorties sont réglables. La commutation d'étage permet ainsi de réguler la puissance de sortie de l'onduleur.

Le convertisseur s'adapte bien aux techniques habituelles de contrôle. Afin d'obtenir des formes sinusoïdales des courants débités, le principe d'un contrôle par hystérésis modulé est appliqué. Dans ce cas, les figures 13a-13f, 14a-14f illustrent des formes d'ondes dans le cas d'un contrôle par hystérésis modulé pour des onduleurs triphasés à 3 et à 5- niveaux. Les courants débités sont parfaitement sinusoïdaux malgré une fréquence de découpage relativement basse : 1000 Hz. Plus précisément, les figures 13a-13f illustrent des formes d'ondes des courants de ligne, de la tension entre le point A et le point milieu du bus barre VAO, des tensions entre phase et neutre pour un onduleur triphasé à 3-niveaux.

Les figures 14a-14f illustrent des formes d'ondes des courants de ligne, de la tension entre le point A et le point milieu du bus barre VAO, des tensions entre phase et neutre pour un onduleur triphasé à 5-niveaux.

En complément notamment de ce qui précède, on prévoit une nouvelle topologie pour la haute tension permettant de limiter la tension de blocage direct des interrupteurs, c'est-à-dire des transistors IGBT, des bras externes. Sur la figure 15a on distingue une topologie d'un onduleur cinq ou N niveaux comprenant une source de tension continue 151, un ensemble de bras d'onduleur 152 et une borne alternative de sortie 153. Les bras internes comportent des interrupteurs dits de type « X » constitués d'IGBT avec leur diode interne. Avantageusement, pour les bras externes, on peut d'autres types d'interrupteurs dits de type « Y » et « Y' ». Un interrupteur de type « Y » selon l'invention est tel qu'illustré sur les figures 15a et 15b, il est constitué d'un transistor IGBT avec sa diode interne et de deux diodes parallèles en tête-bêche, les deux diodes parallèles étant disposées en série par rapport à l'IGBT. Un interrupteur de type « Y' » selon l'invention est tel qu'illustré sur les figures 15a et 15c, il est constitué d'un transistor IGBT avec sa diode interne et d'une diode supplémentaire mise en série.

On constate que l'interrupteur « Y » est bidirectionnel en courant et en tension et l'interrupteur « Y' » est monodirectionnel en courant. Avec de tels interrupteurs, la tension maximale de blocage directe, pour l'interrupteur « Y » (resp. « Y' ») du bras supérieur, est obtenue lorsque le bras inférieur conduit. Si cette tension est également répartie entre l'IGBT et les deux diodes (resp. la diode), il vient : ^ .

Ainsi, lorsqu'on souhaite travailler à haute tension, sur les bras externes, les diodes placées en série avec le transistor IGBT permettent de diviser par deux la tension de blocage directe de chaque interrupteur.

La figure 16 illustre un exemple d'alimentation offrant différentes tensions continues nécessaires à un onduleur selon l'invention. Les différentes tensions continues sont élaborées à partir d'une seule source de tension continue de puissance alimentant un pont de redressement triphasé à diodes muni d'un filtre passe-bas avec des bancs de condensateurs, stipulant alors une répartition des niveaux de tension symétriques :

• Avec, pour N impair : VI, V2, ... 0, -V2, -VI ;

· Avec, pour N pair : VI, V2, -V2, -VI, le potentiel 0 n'existe pas.

Où : VI = E/2

Le convertisseur selon la présente invention s'applique avantageusement à des systèmes de conversion d'énergie de petite envergure où la robustesse du produit et le facteur de puissance sont les garants d'une exploitation durable et optimale : en particulier les systèmes embarqués « tout électrique » et la transformation d'énergie électrique par éolienne. Ces systèmes sont généralement associés à des espaces confinés or la nouvelle structure du convertisseur multi-niveaux respecte les normes en compatibilité électromagnétique et la pollution harmonique. Un tel convertisseur permet une fabrication économique, simple et compacte, avec une consommation énergétique optimisée.

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.