TITRE : Convertisseur à découpage

Domaine technique

[0001] La présente description concerne de façon générale les systèmes électroniques et plus particulièrement les convertisseurs à découpage.

Technique antérieure

[0002] Les convertisseurs à découpage sont largement utilisés en électronique pour convertir une tension en une autre de différente valeur (supérieure ou inférieure) et/ou de différente nature (alternative ou continue) . Un convertisseur à découpage peut, selon l'application, être de type continu- continu DC-DC (en anglais, "Direct Current - Direct Current") , alternatif-alternatif AC-AC (en anglais, "Alternating Current - Alternating Current") , continu-alternatif DC-AC ou alternatif-continu AC-DC. Il existe de nombreuses topologies de convertisseurs à découpage qui diffèrent en particulier par la nature de l'élément d'isolation galvanique (inductances couplées, transformateurs, etc.) et l'agencement du ou des commutateurs de découpage (série, simple pont, double pont, en H, etc.) .

[0003] Le document EP 3 817 207 décrit des systèmes à double ponts actifs pour annuler les oscillations.

[0004] Le document WO 2019/158118 décrit un convertisseur de puissance ayant une large plage de tensions continues.

[0005] Le document CN 112803740 décrit un procédé et un système de démarrage progressif de transformateur de courant continu à entrées série et sorties parallèles.

[0006] Le document WO 2019/158567 décrit un convertisseur continu-continu à double ponts actifs ayant une large plage de fonctionnement. [0007] Le document "Research on Loss Reduction of Dual Active Bridge Converter Over Wide Load Range for Solid State Transformer Application" de Qingsham Wang et al., 2016 Eleventh International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies, XP032903389, décrit des techniques de réduction de bruit pour convertisseur à double ponts actifs.

[0008] Le documents "Review of de-de converters for multiterminal HVDC transmission networks" de Adam Grain Philip et al., IET POWER ELECTRONICS, IET, UK, XP006055530, décrit des convertisseurs continu-continu pour réseau de transmission HVDC.

Résumé de l'invention

[0009] Il existe un besoin d'amélioration des convertisseurs connus .

[0010] Il existe un besoin d'un convertisseur à découpage continu-continu permettant un fonctionnement à des fréquences de découpage élevées.

[0011] Il existe un besoin de d'un convertisseur à découpage engendrant de faibles perturbations électromagnétiques.

[0012] Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des convertisseurs à découpage connus.

[0013] Système d'alimentation à découpage comportant : deux convertisseurs à double ponts actifs ; un premier jeu de commutateurs reliant deux bornes d'application d'une première tension aux deux bornes d'entrée de chaque convertisseur ou à respectivement une seule borne d'entrée de chaque convertisseur ; un deuxième eu de commutateurs reliant deux bornes de fourniture d'une deuxième tension aux deux bornes de sortie de chaque convertisseur ou à respectivement une seule borne de sortie de chaque convertisseur ; et un circuit de commande des commutateurs du des premier et deuxième jeu, les commutateurs des convertisseurs étant commandés en opposition d'un convertisseur à l'autre.

[0014] Selon un mode de réalisation, les commutateurs du deuxième eu sont commandés en fonction de la valeur souhaitée pour la deuxième tension.

[0015] Selon un mode de réalisation, les commutateurs du premier jeu sont commandés en fonction de la puissance requise en sortie.

[0016] Selon un mode de réalisation : une première borne d'entrée du premier convertisseur est reliée à une première borne d'application d'une première tension et, par un premier commutateur du premier jeu, à une première borne d'entrée du deuxième convertisseur ; une deuxième borne d'entrée du premier convertisseur est reliée, par un deuxième commutateur du premier jeu, à la deuxième borne d'application de la première tension ou à la première borne d'entrée du deuxième convertisseur ; une première borne de sortie du premier convertisseur est reliée à une première borne de fourniture d'une deuxième tension et, par un premier commutateur du deuxième jeu, à une première borne de sortie du deuxième convertisseur ; et une deuxième borne de sortie du premier convertisseur est reliée, par un deuxième commutateur du deuxième jeu, à une deuxième borne de fourniture de la deuxième tension ou à la première borne de sortie du deuxième convertisseur.

[0017] Un mode de réalisation prévoit un système d'alimentation à découpage comportant au moins une paire de convertisseurs à double ponts, dans lequel : des premiers ponts en H de commutateurs des convertisseurs sont reliés, en parallèle ou en série, à deux bornes d'application d'une première tension, des deuxièmes ponts en H de commutateurs des convertisseurs étant reliés, en parallèle ou en série, à deux bornes de fourniture d'une deuxième tension, et les commutateurs des convertisseurs sont commandés en opposition d'un convertisseur à l'autre.

[0018] Selon un mode de réalisation, chaque convertisseur comporte : un premier pont en H comportant un premier et un deuxième bras parallèles de deux commutateurs en série entre deux bornes d'entrée du convertisseur ; un deuxième pont en H comportant un troisième et une quatrième bras parallèles de deux commutateurs en série entre deux bornes de sortie du convertisseur ; un transformateur dont un premier enroulement est relié aux nœuds d'interconnexion respectifs des commutateurs en série des premier et deuxième bras et dont un deuxième enroulement est relié aux nœuds d'interconnexion respectif des commutateurs en série des troisième et quatrième bras.

[0019] Selon un mode de réalisation, quatre éléments inductifs sont respectivement intercalés entre chaque extrémité d'enroulement et le nœud d'interconnexion auquel cette extrémité est reliée.

[0020] Selon un mode de réalisation, lesdits éléments inductifs ont tous la même valeur.

[0021] Selon un mode de réalisation, chaque pont en H comporte : un premier commutateur et un deuxième commutateur en série dans le premier bras ; un troisième commutateur et un quatrième commutateur en série dans le deuxième bras ; un cinquième commutateur et un sixième commutateur en série dans le troisième bras ; un septième commutateur et un huitième commutateur en série dans le quatrième bras. [0022] Selon un mode de réalisation : le premier commutateur de chaque convertisseur est rendu passant, respectivement bloqué, en même temps que le deuxième commutateur de l'autre convertisseur ; le troisième commutateur de chaque convertisseur est rendu passant, respectivement bloqué, en même temps que le quatrième commutateur de l'autre convertisseur ; le cinquième commutateur de chaque convertisseur est rendu passant, respectivement bloqué, en même temps que le sixième commutateur de l'autre convertisseur ; le septième commutateur de chaque convertisseur est rendu passant, respectivement bloqué, en même temps que le huitième commutateur de l'autre convertisseur.

[0023] Selon un mode de réalisation, le rapport de transformation des transformateurs des premier et deuxième convertisseurs est égal à 1.

[0024] Selon un mode de réalisation, les bornes d'entrée des deux convertisseurs sont communes ou interconnectées.

[0025] Selon un mode de réalisation, les deux bornes de sortie des deux convertisseurs sont communes ou interconnectées .

[0026] Selon un mode de réalisation : une première borne de sortie d'un premier convertisseur est reliée, de préférence connectée, à une première borne de fourniture de la deuxième tension ; une deuxième borne de sortie du premier convertisseur est reliée, de préférence connectée, à une première borne de sortie d'un deuxième convertisseur ; et une deuxième borne de sortie du deuxième convertisseur est reliée, de préférence connectée, à une deuxième borne de fourniture de la deuxième tension. [0027] Selon un mode de réalisation : une première borne d'entrée d'un premier convertisseur est reliée, de préférence connectée, à une première borne d'application de la première tension ; une deuxième borne d'entrée du premier convertisseur est reliée, de préférence connectée, à une première borne d'entrée d'un deuxième convertisseur ; et une deuxième borne d'entrée du deuxième convertisseur est reliée, de préférence connectée, à une deuxième borne d'application de la première tension.

[0028] Selon un mode de réalisation, les commutateurs sont des transistors de type HEMT en technologie GaN.

[0029] Selon un mode de réalisation, les commutateurs sont commandés à une fréquence de découpage de plusieurs centaines de kHz, de préférence supérieur à 400 kHz.

[0030] Selon un mode de réalisation, le système comporte une seule paire de convertisseurs et la première tension est fournie par un circuit de redressement d'une tension alternative monophasée.

[0031] Selon un mode de réalisation, le système comporte trois paires de convertisseurs et la première tension de chaque convertisseur est extraite d'un redressement d'une alimentation alternative triphasée.

[0032] Selon un mode de réalisation, la deuxième tension est destinée à la charge d'une batterie, de préférence de véhicule automobile .

Brève description des dessins

[0033] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : [0034] la figure 1 représente, de façon très schématique, un mode de réalisation d'un convertisseur à double ponts actifs ;

[0035] la figure 2 représente, de façon très schématique et sous forme de blocs, un mode de réalisation d'un système de conversion ;

[0036] la figure 3 représente, de façon très schématique, un exemple de configuration du système de la figure 2 dans une connexion entrées parallèles et sorties parallèles ;

[0037] les figure 4, figure 5, figure 6, figure 7 et figure 8 illustrent, sous forme de chronogrammes, le fonctionnement d'un système de conversion du type illustré en figure 3 ;

[0038] la figure 9 représente, de façon très schématique, un exemple de configuration du système de la figure 2 dans une connexion entrées parallèles et sorties série ;

[0039] la figure 10 représente, de façon très schématique, un exemple de configuration du système de la figure 2 dans une connexion entrées série et sorties parallèles ; et

[0040] la figure 11 représente, de façon très schématique, un exemple de configuration du système de la figure 2 dans une connexion entrées série et sorties série.

Description des modes de réalisation

[0041] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.

[0042] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les circuits de génération des signaux de commande du système de conversion décrit n'ont pas été détaillés, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec l'utilisation de circuits usuels. De même, les équipements reliés en entrée et en sortie du système de conversion décrit n'ont pas été détaillés, les modes de réalisation décrits étant, là encore, compatibles avec les équipements habituellement reliés en entrée et sortie d'un convertisseur à découpage.

[0043] Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.

[0044] Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.

[0045] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.

[0046] Les modes de réalisation décrit sont basés sur l'utilisation de convertisseurs à découpage continu-continu DC-DC de type à double ponts actifs (en anglais, Dual Active Bridge) . De tels convertisseurs sont constitués de deux ponts en H à commutateurs commandables , de part et d'autre d'un transformateur, par exemple associé à des inductances de filtrage . [0047] Dans de tels convertisseurs, on recherche généralement une commutation au voisinage du zéro de tension (en anglais, Zéro Voltage Switching, ZVS) , c'est-à-dire à commuter les commutateurs des ponts, de l'état ouvert à l'état passant, lorsque la tension à leurs bornes est nulle ou presque. Cela permet de réduire les pertes d'énergie dans les commutateurs. D'autre part, l'utilisation d'une commande dissymétrique (les commandes de chaque bras ne sont pas opposées) , introduit des courants de mode de commun importants, notamment lors des commutations des commutateurs reliés aux masses côté primaire et secondaire du transformateur. De tels courants de mode commun nuisent aux performances du convertisseur en termes de perturbations électromagnétiques conduites et sont d'autant plus importants que la fréquence de commutation est élevée. Cela conduit généralement à limiter la fréquence de commutation à de l'ordre de la centaine de kHz, donc à limiter la compacité du transformateur et des filtres inductifs.

[0048] Afin de réduire les perturbations électromagnétiques, les convertisseurs à découpage sont généralement associés, en entrée et en sortie, à des filtres de mode commun de façon à réduire les perturbations conduites. De tels filtres sont d'autant plus encombrants et coûteux que la puissance est élevée et que la fréquence à filtrer passe certains seuils normatifs .

[0049] L'apparition des transistors à électrons à haute mobilité (en anglais "High Electron Mobility Transistor", HEMT) , plus particulièrement en Nitrure de Gallium (GaN) , et des transistors à effet de champ à large bande (en anglais "Wide-Band Gap Transistor", WBGT) , qui offrent des performances élevées en commutation par rapport aux transistors à effet de champ à structure métal-oxyde- semiconducteur (en anglais "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor", MOSFET) , accroît le souhait d'augmenter les fréquences de commutation de convertisseurs à découpage de façon à accroître la densité de puissance de tels convertisseurs .

[0050] Selon les modes de réalisation décrits, on prévoit un système de conversion comportant deux ou un multiple de deux convertisseurs à double ponts actifs dont les entrées et sorties sont reliées, par des jeux de commutateurs, à des bornes d'application d'une tension à vertir et de fourniture d'une tension converti. En d'autres termes, on utilise deux convertisseurs à double ponts actifs dont les entrées et sorties sont agencées pour que, de l'extérieur, deux bornes d'entrée reçoivent la tension à convertir et deux bornes de sortie fournissent la tension convertie. De plus, on prévoit de commander les commutateurs d'un des convertisseurs en opposition par rapport à ceux de l'autre convertisseur. Cela revient à inverser d'un convertisseur à l'autre les transistors des bras auxquels sont appliqués des signaux de commande identiques.

[0051] Les inventeurs ont pu s'apercevoir qu'en associant et commandant ainsi deux convertisseurs dans un même système de conversion, on réduit considérablement le bruit de mode commun, même à fréquences élevées (plusieurs centaines de kHz) . C'est un peu comme si l'on créait une compensation entre les bruits respectivement générés par les deux convertisseurs.

[0052] La figure 1 représente, de façon très schématique, un mode de réalisation d'un convertisseur à double ponts actifs DAB.

[0053] Dans l'exemple représenté, le convertisseur DAB reçoit une tension Vin et fournit une tension Vout . Les tensions Vin et Vout sont, dans l'utilisation des convertisseurs qui sera faite dans le cadre des modes de réalisation décrits, des tensions continues. [0054] La tension Vin est appliquée entre deux bornes d'entrée 12 et 14 et la tension Vout est fournie entre deux bornes de sortie 16 et 18.

[0055] La tension Vin d'entrée peut être, comme on le verra par la suite, une tension redressée issue d'une source d'énergie de tension alternative, par exemple le réseau de distribution électrique ou un alternateur. Cette tension est appliquée aux bornes d'un condensateur de filtrage Cin, connecté à des bornes d'entrée IH et IL d'un premier pont en H 21 du double pont DAB. En figure 1, on a illustré en pointillés une impédance d'entrée Zin entre les bornes 12 et IH. Cette impédance représente, par exemple, l'impédance équivalente des circuits connectés en amont du pont 21.

[0056] Le pont d'entrée 21 comporte deux bras, ou branches, parallèles A et B comportant chacun deux commutateurs ou interrupteurs en série, respectivement Kl et K3, K2 et K4, entre les bornes IH et IL. Le point milieu (nœud d'interconnexion) entre les commutateurs Kl et K3 du bras A est relié, par exemple et optionnellement par une impédance de type résistive et/ou inductive et/ou capacitive (RLC) , symbolisée par son inductance LiH, à une première borne d'un enroulement primaire 23 d'un transformateur T dont l'autre borne est reliée, par exemple et optionnellement par une impédance RLC, symbolisée par son inductance LiL, au point milieu (nœud d'interconnexion) entre les commutateurs K2 et K4 du bras B.

[0057] La tension Vout de sortie est une tension redressée destinée, par exemple, au chargeur d'une batterie d'un véhicule. La tension Vout est prélevée aux bornes d'un condensateur de stockage Cout, connecté à des bornes de sortie OH et OL d'un deuxième pont en H 22 du double pont DAB. En figure 1, on a illustré en pointillés une impédance de sortie Zout entre les bornes OH et 16. Cette impédance représente, par exemple, l'impédance équivalente (résistive et/ou capacitive et/ou inductive - RLC) des circuits connectés en aval du pont 22.

[0058] Le pont de sortie 22 comporte deux bras, ou branches, parallèles C et D comportant chacun deux commutateurs en série, respectivement K5 et K7, K6 et K8, entre les bornes OH et OL . Le point milieu (nœud d'interconnexion) entre les commutateurs K5 et K7 du bras C est relié, par exemple et optionnellement par une impédance RLC, symbolisée par son inductance LoH, à une première borne d'un enroulement secondaire 24 du transformateur T dont l'autre borne est reliée, par exemple et optionnellement par une impédance RLC, symbolisée par son inductance LoL, au point milieu (nœud d'interconnexion) entre les commutateurs K6 et K8 du bras D.

[0059] Le rapport de transformation du transformateur T est, par exemple, unitaire mais peut également être différent de l'unité pour ajouter une variable dans le rapport entre les tensions Vout et Vin.

[0060] Chaque commutateur Kl, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8 est constitué d'un transistor. Selon un exemple de réalisation, les commutateurs Kl, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8 sont des transistors MOSFET. Selon un autre exemple préféré de réalisation, les commutateurs Kl, K2, K3, K4, K5, K6, K7, K8 sont des transistors HEMT, de préférence en technologie GaN.

[0061] Le fonctionnement d'un convertisseur à double ponts actifs tel qu'illustré en figure 1 est en lui-même connu. Les commutateurs Kl, K2, K3, K4, K5, K6, K7 et K8 reçoivent des signaux de commande en tout ou rien (signaux numériques fournis par exemple par un microcontrôleur) , respectivement AH, BH, AL, BL, CH, DH, CL et DL, qui sont adaptés à l'application et à la puissance prélevée par la charge (non représentée) connectée en aval du convertisseur. Comme indiqué précédemment, la commande du pont est configurée pour que les commutations des commutateurs respectifs s'effectuent au voisinage de leur zéro de tension. Ces commutations sont par ailleurs organisées de telle sorte à éviter une conduction simultanée des deux commutateurs d'un même bras.

[0062] La commande par impulsions d'un convertisseur du type de celui illustré en figure 1 est généralement déphasée entre les ouvertures et fermetures respectives des ponts en H amont (d'entrée) et aval (de sortie) de sorte à assurer un transfert d'énergie en tenant compte d'une consigne de puissance Les déphasages introduits participent à accroître le bruit de mode commun.

[0063] La figure 2 représente, de façon très schématique et sous forme de blocs, un mode de réalisation d'un système de conversion .

[0064] Selon ce mode de réalisation, on prévoit d'associer deux convertisseurs DABI et DAB2 à double ponts actifs du type du convertisseur DAB illustré en figure 1 de façon entrelacée. Par entrelacé, on entend que les ponts en H respectifs des deux convertisseurs DABI et DAB2 sont associés en série ou en parallèle, mais que le système de conversion à deux convertisseurs ne comporte que deux bornes d'entrée 12 et 14 et deux bornes de sortie 16 et 18.

[0065] Selon le mode de réalisation décrit en relation avec la figure 2, on prévoit un système de conversion paramétrable dans lequel la connexion série ou parallèle en entrée et en sortie est obtenue par des jeux de commutateurs de configuration. En pratique et comme on le verra en relation avec les figures 3 et 9 à 11, le raccordement en parallèle ou en série des ponts d'entrée des deux convertisseurs et le raccordement en parallèle ou en série des ponts de sortie des deux convertisseurs est sélectionné, de préférence automatiquement par un circuit de commande de type microcontrôleur, en fonction des tensions et puissances d'entrée et de sortie. Par exemple, dans le cas d'un système de recharge d'un véhicule électrique, cela permet, comme cela sera détaillé par suite, qu'une même station de charge puisse s'adapter automatiquement à la tension requise par un véhicule qui y est branché.

[0066] Pour simplifier, la structure interne de chaque convertisseur n'est pas illustrée en figure 2. Seules les bornes d'entrée et de sortie de puissance reliées, par l'intermédiaire de jeux de commutateurs SIH, SIL, respectivement SOH, SOL, de configuration série-parallèle, aux bornes, respectivement 12, 14 et 16, 18 ainsi que les bornes de commande des commutateurs des ponts ont été représentées. Les bornes de commandes A1H, AIL, BIH, B1L, C1H, CIL, DIH, D1L, correspondent aux bornes AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH, DL (figure 1) du premier convertisseur DABI. Les bornes de commandes A2H, A2L, B2H, B2L, C2H, C2L, D2H, D2L, correspondent aux bornes AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH, DL (figure 1) du deuxième convertisseur DAB2.

[0067] Pour une connexion en parallèle des ponts d'entrée des deux convertisseurs DABI et DAB2, leurs bornes d'entrée respectives IH1 et IH2 (arbitrairement désignées entrées hautes) sont reliées à la borne 12 et leurs bornes d'entrée respectives IL1 et IL2 (arbitrairement désignées entrées basses) sont reliées à la bornes 14. En figure 2, cela correspond à la position illustrée en traits pleins des commutateurs SIH et SIL.

[0068] Pour une connexion en série des ponts d'entrée des deux convertisseurs, la borne d'entrée haute IH1 du convertisseur DABI est reliée, de préférence connectée, à la borne 12. La borne d'entrée basse IL1 du convertisseur DABI est reliée, de préférence connectée, à la borne d'entrée haute IH2 du convertisseur DAB2. La borne d'entrée basse IL2 du convertisseur DAB2 est reliée, de préférence connectée, à la borne 14. En figure 2, cela correspond à la position illustrée en traits pointillés des commutateurs SIH et SIL.

[0069] Pour une connexion en parallèle des ponts de sortie des deux convertisseurs DABI et DAB2, leurs bornes de sortie respectives OH1 et OH2 (arbitrairement désignées sorties hautes) sont reliées à la borne 16 et leurs bornes de sortie respectives OL1 et OL2 (arbitrairement désignées sorties basses) sont reliées à la bornes 18. En figure 2, cela correspond à la position illustrée en traits pleins des commutateurs SOH et SOL.

[0070] Pour une connexion en série des ponts de sortie des deux convertisseurs DABI et DAB2, la borne de sortie haute OH1 du convertisseur DABI est reliée, de préférence connectée, à la borne 16. La borne de sortie basse OL1 du convertisseur DABI est reliée, de préférence connectée, à la borne de sortie haute OH2 du convertisseur DAB2. La borne de sortie basse OL2 du convertisseur DAB2 est reliée, de préférence connectée, à la borne 18. En figure 2, cela correspond à la position illustrée en traits pointillés des commutateurs SOH et SOL.

[0071] La commande des commutateurs des convertisseurs DABI et DAB2 est fournie par un circuit 26, par exemple un microcontrôleur, qui adapte les périodes respectives de fermeture et d'ouverture des commutateurs (le rapport cyclique des signaux de commande) . Le circuit 26 fournit des signaux de commande CTA, CTA’, CTB, CTB', CTC, CTC, CTD et CTD', destinés aux commutateurs des convertisseurs DABI et DB2. Le circuit 2 est alimenté par une basse tension (de l'ordre de quelques volts) Vcc. De préférence, le circuit 26 fournit également les signaux de commande aux jeux de commutateurs SIH, SIL et SOH, SOL.

[0072] Une différence entre les signaux de commande des commutateurs est que les commutateurs SIH, SIL, SOH, SOL sont commandés en statique, c'est-à-dire qu'ils restent dans une même position pour des tensions et puissances données, alors que les commutateurs des ponts sont commandés dynamiquement (à une fréquence supérieure à 100 kHz) .

[0073] Selon l'application, le rapport cyclique des signaux de commande CTA, CTA’, CTB, CTB', CTC, CTC, CTD et CTD' est de préférence fixe, mais peut être variable. En cas de rapport variable, les rapports cycliques restent identiques deux à deux (par exemple CTA, CTA' ) pour maintenir une commande en opposition. Le circuit 26 reçoit alors, par exemple, une information REF sur une valeur de tension de sortie Vout souhaitée et sur la valeur de la tension d'entrée Vin, et une information sur la tension de sortie Vout, afin de pouvoir le cas échéant adapter dynamiquement la commande des commutateurs des ponts en conséquence.

[0074] Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, on prévoit d'inverser, d'un convertisseur à l'autre et bras par bras, les transistors auxquels sont appliqués les signaux de commande. Ainsi, les signaux CTA, CTB, CTC et CTD sont appliqués aux bornes de commande A1H, BIH, C1H, D1H des transistors du convertisseur DABI et aux bornes de commande A2L, B2L, C2L, D2L du convertisseur DAB2, tandis que les signaux CTA', CTB', CTC et CTD' sont appliqués aux bornes de commande AIL, B1L, CIL, D1L des transistors du convertisseur DABI et aux bornes de commande A2H, B2H, C2H, D2H du convertisseur DAB2.

[0075] On voit déjà apparaître un avantage du système de conversion décrit, à savoir qu'il ne nécessite pas de modification du circuit de commande par rapport à un circuit conçu pour un convertisseur à double ponts actifs du type de celui illustré en figure 1. Le système décrit est donc aisément transposable à des systèmes de conversion existants.

[0076] La prévision de signaux communs pour les convertisseurs DABI et DAB2 constitue un mode de réalisation préféré et simple. On pourra en variante prévoir que le circuit 26 génère huit signaux pour le convertisseur DABI et huit signaux pour le convertisseur DAB2 de façon distincte, pourvu que ces signaux respectent la condition d'inverser les signaux entre les transistors bas d'un pont par rapport aux transistors haut de l'autre pont.

[0077] De préférence, les signaux de commande CTA, CTA', CTB, CTB', CTC, CTC, CTD et CTD' ont tous un rapport cyclique de l'ordre de 50%.

[0078] Selon un autre exemple de réalisation, les convertisseurs DABI et DAB2 sont commandés en modulation de largeur d'impulsions en fonction des besoins de la charge connectée en aval et de la puissance présente en entrée. Selon un autre exemple, la commande s'effectue en modulation de fréquence d'impulsion. Les deux exemples ci-dessus sont bien entendu combinables.

[0079] La configuration parallèle/série en entrée et en sortie des convertisseurs du système de la figure 2 dépend de l'application et, en particulier, des dimensionnements de composants (notamment des commutateurs) et des niveaux de tension .

[0080] Un avantage de la solution décrite est qu'en prévoyant une mise en parallèle ou série des convertisseurs et en prévoyant des commandes inversées d'un convertisseur par rapport à l'autre, on réduit les courants de mode commun haute fréquence (supérieur à 100 kHz) au niveau des capacités parasites, lié aux commutations des commutateurs des ponts.

[0081] Un avantage de la solution décrite dans laquelle les valeurs des éléments inductifs LiH, LiL, LoH et LoL reliant les ponts en H de chaque convertisseur au transformateur de ce convertisseur sont identiques est que cela réduit les courants de mode commun basse fréquence (inférieure au kHz) , notamment liés aux alternances de la tension alternative à partir de laquelle est produite la tension Vin.

[0082] La figure 3 représente, de façon très schématique, un exemple de configuration du système de la figure 2 dans une connexion entrées parallèles et sorties parallèles. Pour simplifier, les jeux de commutateurs SIH, SIL, SOH, SOL ne sont pas représentés en figure 3.

[0083] Dans l'exemple de la figure 3, le système de conversion est complété par un pont redresseur 3 double alternance commandable, dont deux bornes d'entrée alternative 31 et 33 sont reliées, par l'intermédiaire d'un filtre de mode commun 4, à deux bornes 41 et 43 d'application d'une tension alternative VAC, par exemple, la tension du réseau de distribution électrique, et dont deux bornes de sortie redressée 35 et 37 sont reliées, de préférence connectées, aux bornes d'entrée 12 et 14 d'un double convertisseur du type illustré en figure 2.

[0084] Le pont redresseur 3 peut être tout pont redresseur adapté à l'application considérée. Dans l'exemple représenté, ce pont 3 comporte deux branches comportant chacune deux transistors MOSFET, respectivement 32 et 34, 36 et 38, en série entre les bornes 35 et 37. Le point milieu entre les transistors 32 et 34 est relié, de préférence connecté, à la borne 31. Le point milieu entre les transistors 36 et 38 est relié, de préférence connecté, à la borne 33. La commande du pont redresseur 3 est, par rapport à celle du double convertisseur, à une fréquence nettement inférieure, fonction de la fréquence de la tension VAC. La commande du pont redresseur peut être effectuée en modulation de largeur d'impulsion en fonction de la puissance à transmettre. Les signaux de commande appliqués aux grilles des transistors 32, 34, 36 et 38 sont, par exemple, fournit par le circuit de commande 26 (figure 2) de type microcontrôleur. [0085] Côté double convertisseur à double ponts en H actifs, on retrouve l'architecture illustrée en figure 2 avec une connexion des convertisseurs DABI et DAB2 en parallèle en entrée et en sortie. Les commutateurs sont illustrés sous forme de transistors.

[0086] Les transistors respectifs des convertisseurs DABI et DAB2 de la figure 3 sont désignés par des références correspondant à celles utilisées pour les commutateurs de la figure 1, en adjoignant "1" ou "2" selon qu'il s'agit du convertisseur DABI ou du convertisseur DAB2.

[0087] Ainsi, pour le convertisseur DABI, les transistors sont respectivement Kll (borne de commande A1H) et K31 (borne de commande AIL) pour le bras A, K21 (borne de commande B1H) et K41 (borne de commande B1L) pour le bras B, K51 (borne de commande C1H) et K71 (borne de commande CIL) pour le bras C, K61 (borne de commande D1H) et K81 (borne de commande D1L) pour le bras D. L'enroulement primaire 231 du transformateur Tl du convertisseur DABI est associé aux inductances série primaires LiHl, LiLl et l'enroulement secondaire 241 est associé aux inductances série secondaires LoHl, LoLl .

[0088] Pour le convertisseur DAB2, les transistors sont respectivement K12 (borne de commande A2H) et K32 borne de commande A2L) pour le bras A, K22 (borne de commande B2H) et K42 (borne de commande B2L) pour le bras B, K52 (borne de commande C2H) et K72 (borne de commande C2L) pour le bras C, K62 (borne de commande D2H) et K82 (borne de commande D2L) pour le bras D. L'enroulement primaire 232 du transformateur T2 du convertisseur DAB2 est associé aux inductances série primaires LiH2, LiL2 et l'enroulement secondaire 242 du transformateur T2 est associé aux inductance série secondaires LoH2, LoL2.

[0089] Comme les deux convertisseurs DABI et DAB2 sont en parallèle en entrée et en sortie, ils partagent une même capacité d'entrée Cin et une même capacité de sortie Cout. En référence à la figure 2, en supposant que les capacités respectives des convertisseurs DABI et DAB2 sont contenues dans les blocs, cela revient à considérer que la capacité Cin de la figure 3 correspond à l'association en parallèle des capacités d'entrée des convertisseurs DABI et DAB2 de la figure 2, et que la capacité Cout de la figure 3 correspond à l'association en parallèle des capacités de sortie des convertisseurs DABI et DAB2 de la figure 2.

[0090] Par rapport à un convertisseur du type de celui de la figure 1, un avantage induit du système parallèle/parallèle de la figure 2 est que, pour des puissances ou tensions données, les composants (notamment les transistors constituants les commutateurs) peuvent être dimensionnés pour une puissance/ tension moindre.

[0091] Les figures 4, 5, 6, 7 et 8 illustrent, sous forme de chronogrammes, le fonctionnement d'un système de conversion du type illustré en figure 3.

[0092] La figure 4 représente des chronogrammes d'un exemple de signaux de commande CTA, CTA', CTB, CTB', CTC, CTC, CTD, CTD', appliqués aux grilles des transistors des convertisseurs DABI et DAB2.

[0093] Le signal CTA est appliqué aux bornes A1H et A2L et commande les transistors Kll et K32. Le signal CTA' est appliqué aux bornes AIL et A2H et commande les transistors K31 et K12. Le signal CTB est appliqué aux bornes B1H et B2L et commande les transistors K21 et K42. Le signal CTB' est appliqué aux bornes B1L et B2H et commande les transistors K41 et K22. Le signal CTC est appliqué aux bornes C1H et C2L et commande les transistors K51 et K72. Le signal CTC est appliqué aux bornes CIL et C2H et commande les transistors K71 et K51. Le signal CTD est appliqué aux bornes D1H et D2L et commande les transistors K61 et K82. Le signal DTA' est appliqué aux bornes D1L et D2H et commande les transistors K81 et K62.

[0094] Les signaux CTA, CTA’, CTB, CTB' , CTC, CTC’, CTD, CTD', sont des signaux numériques qui, lorsqu'ils sont appliqués sur les grilles respectives des transistors constituant les commutateurs, rendent ces transistors passant lorsque le signal de commande est à l'état haut et le bloque lorsque le signal est à l'état bas. Ainsi, les transistors sont commandés en tout ou rien.

[0095] Comme l'illustrent les chronogrammes de la figure 4, on prévoit généralement un léger décalage temporel (en anglais "offset") tA, tB, tC, tD, entre les fronts montants respectifs des signaux de commande des transistors d'un même bras. Ceci afin d'éviter les risques de conduction simultanée des transistors d'un même bras. Les décalages tA, tB, tC et tD ont, préférentiellement mais pas nécessairement, tous la même valeur. De préférence, les rapports cycliques des signaux de commande d'un même bras sont légèrement différents (quelques pourcents d'écart) . Dans l'exemple représenté, le rapport cyclique des signaux CTA', CTB, CTC et CTD est inférieur à celui des signaux respectifs CTA, CTB', CTC et CTD' .

[0096] La figure 4 illustre également un exemple de déphasage D correspondant au déphasage entre les bras C et D de chaque convertisseur. Ce déphase D correspond au déphasage volontaire introduit pour permettre de répondre à l'appel de puissance afin de préserver le rendement en maintenant la commande au voisinage du zéro de tension.

[0097] Tous ces déphasages, écarts de rapport cyclique et décalages temporels engendrent, au niveau de chaque convertisseur, un bruit de mode commun comme dans un convertisseur usuel. Néanmoins, comme l'illustrent les figures qui suivent, l'association particulière décrite des deux convertisseurs et de leurs signaux de commande au sein d'un même système de conversion engendre une compensation du bruit de mode commun d'un convertisseur par le bruit de mode commun de l'autre.

[0098] La figure 5 représente des chronogrammes de signaux de commande d'un bras du système de conversion de la figure 3.

[0099] Plus précisément, la figure 5 reprend les allures des signaux A1H, AIL, A2H et A2L de commande des transistors Kll, K21, K112, K22 des bras A des convertisseurs DABI et DAB2 faisant ressortir l'identité des signaux A1H et A2L, respectivement AIL et A2H.

[0100] Bien que les allures correspondantes n'aient pas été représentées, la même identité se retrouve au niveau de chaque bras, à savoir que le signal de commande d'un commutateur de chaque bras d'un convertisseur est identique au signal de commande de l'autre commutateur du même bras (le commutateur ayant la position inverse dans le bras) de l'autre convertisseur .

[0101] La figure 6 représente des chronogrammes des allures respectives correspondantes des tensions respectives aux bornes des transistors K21 et K22.

[0102] Comme le montre la figure 6, les tensions drain-source VdsK21 et VdsK22 aux bornes des transistors bas des branches A des convertisseurs DABI et DAB2 sont en opposition de phase.

[0103] Des allures similaires sont obtenues respectivement pour les transistors :

K41 et K42 des branches B ;

K61 et K62 des branches C ; et

K81 et K82 des branches D.

[0104] La figure 7 représente des chronogrammes des allures respectives des tensions V231 et V232 aux bornes respectives des enroulements 231 et 232 du transformateur Tl du premier convertisseur DABI. Cette figure fait ressortir l'impact que peut avoir, avec un seul convertisseur, le déphasage au niveau du bruit de mode commun. Plus précisément, cette figure fait ressortir les variations de tension liées aux déphasages entre les fronts de commutation au niveau des bras d'un même pont. Ces variations provoquent, via les capacités parasites de connexion à la terre, des courants de mode commun.

[0105] La figure 8 représente des chronogrammes correspondant au niveau du deuxième convertisseur DAB2, c'est-à-dire les allures respectives des tensions V231 et V232 aux bornes des enroulements 241 et 242 du transformateur T2 du deuxième convertisseur DAB2.

[0106] L'association des figures 7 et 8 montre la compensation effectuée grâce à la symétrie entre les signaux obtenue .

[0107] La figure 9 représente un exemple de configuration du système de la figure 2 dans lequel les ponts d'entrée des convertisseurs DABI et DAB2 sont connectés en parallèle et les ponts de sortie sont connectés en série. Pour simplifier, les jeux de commutateurs SIH, SIL, SOH, SOL ne sont pas représentés en figure 9.

[0108] Par rapport au système de conversion représenté en figure 3, la borne de sortie basse OL1 du convertisseur DABI est reliée, de préférence connectée, à la borne de sortie haute OH2 du convertisseur DAB2. Il en découle que les condensateurs Coutl et Cout2 sont en série entre les bornes de sortie 16 et 18.

[0109] Le reste du système de conversion est similaire à celui de la figure 3.

[0110] Par rapport à un système de conversion (parallèle- parallèle) de la figure 3, le système (parallèle-série) de la figure 9 fournit, avec un même dimensionnement de composants et une même tension Vin d'entrée, une tension de sortie Vout de valeur double.

[0111] A titre d'exemple particulier de réalisation, pour une tension d'entrée alternative VAC de 230 vols, on peut obtenir une tension de sortie Vout de l'ordre de 800 volts tout en ayant des commutateurs dimensionnés pour des tension de 400 à 600 volts (les commutateurs des ponts d'entrée ne voient que de l'ordre de 400 volts) .

[0112] La figure 10 représente un exemple de configuration du système de la figure 2 dans lequel les ponts d'entrée des convertisseurs DABI et DAB2 sont connectés en série et les ponts de sortie sont connectés en parallèle. Pour simplifier, les jeux de commutateurs SIH, SIL, SOH, SOL ne sont pas représentés en figure 10.

[0113] Par rapport au système de conversion représenté en figure 3, la borne d'entrée basse IL1 du convertisseur DABI est reliée, de préférence connectée, à la borne d'entrée haute OH2 du convertisseur DAB2. Il en découle que les condensateurs Cinl et Cin2 sont en série entre les bornes d'entrée 12 et 14.

[0114] Le reste du système de conversion est similaire à celui de la figure 3.

[0115] La figure 11 représente un exemple de configuration du système de la figure 2 dans lequel les ponts d'entrée des convertisseurs DABI et DAB2 sont connectés en série et les ponts de sortie sont connectés en parallèle. Pour simplifier, les eux de commutateurs SIH, SIL, SOH, SOL ne sont pas représentés en figure 11.

[0116] Par rapport au système de conversion représenté en figure 9, la borne d'entrée basse IL1 du convertisseur DABI est reliée, de préférence connectée, à la borne d'entrée haute OH2 du convertisseur DAB2. Il en découle que les condensateurs Cinl et Cin2 sont également en série entre les bornes d'entrée 12 et 14.

[0117] Les commandes des transistors des différents ponts ne sont pas impactées par le mode de connexion série ou parallèle en entrée ou en sortie. On prévoit toujours la même inversion de signaux d'un convertisseur par rapport à l'autre comme illustré en figure 2.

[0118] Ainsi, le mode de connexion des convertisseurs dépend, pour un dimensionnement donné des composants, des niveaux de tension d'entrée et de sortie.

[0119] De préférence, dans une réalisation pratique, on veillera à disposer spatialement le pont d'entrée d'un convertisseur le plus près possible du pont de sortie de l'autre. Cela permet de réduire l'impact des capacités parasites de mise à la terre et de réduire les chemins de courant en limitant les champs magnétiques dus à la boucle de courant via les capacités parasites de connexion à la terre.

[0120] Un exemple d'application des modes de réalisation décrit concerne les systèmes de recharge de batterie de véhicules électriques. Dans de telles application, le système de conversion doit être capable d'adapter la tension du réseau de distribution électrique ou de l'alternateur du véhicule à la batterie ou aux batteries du véhicule et inversement.

[0121] Un avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils permettent de bénéficier des avantages d'une commande au voisinage du zéro de tension tout en minimisant le bruit de mode commun engendré .

[0122] Un autre avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils permettent de réduire les dimensions des filtres de mode commun pour filtrer les perturbations électromagnétiques

[0123] Un autre avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils permettent d'augmenter la fréquence de commutation des commutateurs des convertisseurs à découpage (par exemple à de l'ordre de 400-500 kHz) en préservant un bruit de mode commun compatible avec les normes de perturbations électromagnétiques .

[0124] Un autre avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils sont compatibles avec une génération des signaux de commande conçue pour un convertisseur à double ponts actifs usuel. Il suffit en effet d'appliquer les signaux de commandes à l'un des convertisseurs et leur inverse à l'autre.

[0125] Les modes de réalisation décrits sont particulièrement adaptés à l'utilisation de transistors GaN en guise de commutateurs car ils permettent d'augmenter la fréquence de commutation, donc le rendement du système de conversion. Ils ne sont cependant pas limités à ce type de transistors et sont également avantageux pour des convertisseurs à base de transistors MOSFET ou SiC en réduisant, pour une fréquence de commutation données, le bruit de mode commun.

[0126] Un système à double convertisseur à double ponts actifs tel que décrit peut non seulement être utilisé dans des applications de conversion monophasée mais également dans des applications triphasées.

[0127] Pour réaliser un système de conversion triphasé, on prévoit trois paires de doubles convertisseurs telles que la paire illustrée en figure 2. Les convertisseurs sont connectés, par paire, à la manière dont le serait trois convertisseurs du type de celui de la figure 1.

[0128] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, d'autres structures d'isolement galvanique que des transformateurs Tl pourront être prévues entre les deux ponts en H d ' un même convertisseur, par exemple de nature capacitive ou piézoélectrique .

[ 0129 ] Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus , en particulier pour ce qui est de la génération des signaux de commande adaptés au système de conversion décrit .