REGULATION D'UNE ALIMENTATION A DECOUPAGE

Domaine de invention La présente invention concerne le domaine des alimen¬ tations à découpage et plus particulièrement la régulation d'une alimentation à découpage à partir d'une mesure de la tension de sortie fournie au secondaire de cette alimentation. La présente invention s'applique plus particulièrement à une alimentation à découpage dont l'élément inductif fait partie d'un transformateur, pour isoler la tension d'alimen¬ tation de la charge de la tension fournie à l'alimentation à découpage. Un optocoupleur est alors nécessaire afin de respecter la barrière d'isolement et l'absence de masse commune, également pour le signal de régulation. Exposé de l'art antérieur La figure 1 représente, de façon très schématique et partiellement sous forme de blocs, un exemple d'alimentation à découpage classique de ce type. Dans cet exemple, la source d'énergie est une tension alternative Vac (par exemple, la tension secteur issue du réseau de distribution électrique) . La tension Vac est redressée par un pont de diodes 1 (par exemple, double alter- nance) dont les bornes de sortie redressée 2 et 3 sont reliées par un condensateur Cp aux bornes duquel est présente une tension continue lissée. Cette tension est appliquée aux bornes d'un enroulement primaire 4p d'un transformateur 4 en étant découpée par un interrupteur 5 en série avec cet enroulement. L'interrupteur 5 est commandé par un train d'impulsions fourni par un circuit 6 de modulation de largeur d'impulsions (PWM) . Il peut aussi s'agir d'une modulation de la fréquence des impulsions. Côté secondaire (enroulement 4s) du transformateur 4, une diode D en série avec un condensateur Cs est connectée aux bornes de l'enroulement 4s. Le condensateur Cs fournit une ten- sion Vout d'alimentation d'une charge 7 (Q) entre des bornes 8 et 9 de sortie de l'alimentation à découpage. Une information sur la tension Vout est par ailleurs prélevée (par exemple aux bornes 8 et 9) à destination d'un circuit 10 de mesure (MES) constitutif d'une boucle de régulation des périodes de fermeture de l'interrupteur 5 en fonction d'une consigne de tension d'alimentation de la charge Q. Le circuit 10 commande une photo¬ diode PD d'un optocoupleur 11 dont le phototransistor PT est relié à un circuit 12 de régulation (REG) chargé de fournir, au bloc 6 de génération du train d'impulsions, au moins un premier signal de consigne CT. Un deuxième signal OVL de détection d'une éventuelle surcharge, c'est-à-dire d'un appel de courant trop important par la charge 7 est également fourni au circuit 6 par le circuit 12. L'exemple de la figure 1 est celui d'un convertisseur dit de type "flyback" dans lequel l'énergie est transférée du primaire au secondaire du circuit pendant les périodes où l'interrupteur 5 est ouvert. L'invention n'est toutefois pas limitée à ce type de convertisseur et s'applique également à des convertisseurs de type "forward" dans lesquels le transfert d'énergie s'effectue pendant les périodes de fermeture de 1'interrupteur de découpage. La figure 2 représente un exemple classique de circuit 12 de régulation dont des bornes de sortie 26 et 21 fournissent, à un circuit 6 de génération de trains d'impulsions, respec- tivement un signal CT de régulation et un signal OVL de détec- tion de surcharge. Ce circuit comporte, en série avec le photo¬ transistor PT entre une borne 23 d'application d'une tension continue d'alimentation Vcc et la masse 24 côté secondaire, un condensateur C12. Le circuit 12 étant généralement réalisé sous la forme d'un circuit intégré, le point milieu de cette associa¬ tion en série est relié directement à une borne 20 d'entrée du signal FB de régulation (c'est-à-dire de connexion de l'émetteur du phototransistor PT) . Un comparateur analogique 25 (amplifi¬ cateur différentiel) a son entrée non-inverseuse reliée à la borne 20 et son entrée inverseuse qui reçoit une tension de référence fixe Vpg conditionnant la tension de sortie Vout du convertisseur. La sortie du comparateur 25 commande un inter¬ rupteur M (par exemple, un transistor MOS) qui relie la borne 20 à la borne 26 de fourniture d'un courant de commande (signal CT) à destination du circuit 6 (figure 1) . Une source de courant constant 27 relie par ailleurs la borne 20 à la masse 24. Le rôle du comparateur 25 est de réguler le potentiel de la borne 20 (donc de l'émetteur du phototransistor) à la valeur de la tension VFB. Quand les besoins de la charge diminuent, la tension Vout a tendance à augmenter. Le circuit 10 (figure 1) commande alors la diode émettrice PD qui fait croître le courant de base du phototransistor PT. En supposant le condensateur 12 chargé (régime établi), l'augmentation du courant dans le phototran- sistor PT fait croître le potentiel de l'entrée non-inverseuse du comparateur 25 dans la mesure où la source de courant 27 ne peut pas évacuer plus de courant (courant constant) . La tension de sortie du comparateur 25 diminue et le courant dans le transistor M augmente. Le courant sur la borne 26 constituant le signal de commande en courant du circuit 6 de génération du train d'impulsions augmente et est interprété, par le circuit 6 pour, dans l'exemple de la figure 1, diminuer les périodes de fermeture de l'interrupteur 5, afin d'accumuler moins d'énergie et diminuer ainsi la tension de sortie Vout. l'l'l'

Si la charge requiert plus d'énergie, la tension Vout a tendance à baisser. Cette baisse se traduit par une diminution du courant dans optocoupleur qui a tendance à faire baisser la tension de la borne 20. En fait, le condensateur C12 se décharge dans la source de courant 27, ce qui provoque une augmentation de la tension de sortie du comparateur 25 et une diminution de la conduction du transistor M. Le courant sur la borne 26 diminue et est interprété par le circuit 6 pour accroître les périodes de fermeture de interrupteur 5 pour accumuler plus d'énergie et augmenter la tension de sortie Vout. Le circuit 12 comprend un deuxième comparateur 28 de détection de surcharge. Ce comparateur a son entrée inverseuse reliée à la borne 20 et son entrée non-inverseuse qui reçoit une tension VQVL constituant un seuil de surcharge. La sortie du comparateur 28 est reliée à la borne 21 qui fournit un signal de détection de surcharge OVL au circuit 6. En présence d'une surcharge, l'appel de courant plus important demandé en sortie entraîne une réduction brusque du courant dans optocoupleur qui va même jusqu'à s'éteindre. Sans détection de surcharge, la borne 26 fournirait un signal CT demandant au circuit 6 de fournir encore plus de courant. Or, en cas de surcharge, il convient à l'inverse d'arrêter la fourni¬ ture d'énergie au secondaire. Le rôle du comparateur 28 est de détecter quand le comparateur ne parvient plus à maintenir la borne 20 à la tension VFB par la régulation. La tension VQVL est choisie inférieure à la tension VFB et le comparateur 28 bascule quand la décharge du condensateur C12 dans la source de courant 27 est telle que la borne FB atteint le seuil VQY^. En fonctionnement normal, la régulation ne laisse pas le condensateur C12 se décharger suffisamment, ce qui empêche le déclenchement du comparateur 28. A la différence du comparateur 25, le compa¬ rateur 28 est généralement un comparateur à sortie en tout ou rien. Dans un circuit de régulation tel qu'illustré par la figure 2, le condensateur C12 sert à régler le délai d'inter¬ vention du comparateur 28 suite à l'apparition d'une surcharge (extinction du phototransistor PT) . Ce délai est nécessaire pour permettre par ailleurs le démarrage du circuit lors de sa mise sous tension. Un problème se pose dans certains appareils (par exemple de type disque dur informatique ou tête d'impression) dans lesquels un appel de courant transitoire ou temporaire (par exemple, au démarrage) ne doit pas être interprété comme une surcharge. Avec un circuit classique tel qu'illustré par la figure 2, on est obligé de prévoir un condensateur C12 suf¬ fisamment important pour qu' il retarde la détection afin de ne pas déclencher le comparateur 28 lors d'appels de courant transitoires. Un inconvénient est alors que l'ensemble du circuit doit être surdimensionné pour être capable de supporter des surcharges transitoires. En effet, l'alimentation fournira de façon constante toute la puissance requise au secondaire pour autant que le niveau reste inférieur au seuil de protection correspondant à la perte de régulation au secondaire. Or, ce niveau correspond généralement à un niveau supérieur aux surcharges temporaires que le circuit doit accepter pour un fonctionnement correct. La présente invention vise à proposer un circuit de régulation d'une alimentation à découpage qui pallie les inconvénients des circuits connus. L'invention vise notamment à permettre de diminuer le seuil de déclenchement d'un circuit de régulation en cas de surcharge par rapport à un circuit classique, tout en laissant passer des pics transitoires de courant servant au démarrage des charges alimentées. Résumé de l'invention Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un circuit de détection d'une surcharge dans une charge alimentée par une alimentation à découpage, comprenant : un premier comparateur d'une première tension fonction de la tension d' alimentation de la charge par rapport à un premier seuil, fournissant un signal de régulation à un générateur d'impulsions de commande de l'alimentation à décou¬ page ; un deuxième comparateur d'une deuxième tension par rapport à un deuxième seuil, fournissant un signal indicateur de la présence d'une surcharge ; et des moyens pour asservir ladite deuxième tension sur un troisième seuil inférieur au deuxième et supérieur au pre¬ mier, et pour désactiver le deuxième comparateur tant que cet asservissement est maintenu. Selon un mode de réalisation de la présence invention, lesdits moyens comportent un troisième comparateur de ladite deuxième tension par rapport au troisième seuil, fournissant un signal de commande à un élément court-circuitant une source de courant constant de charge d'un condensateur relié à la masse et aux bornes duquel est mesurée ladite deuxième tension. Selon un mode de réalisation de la présence invention, le circuit comporte en outre des moyens pour précharger ledit condensateur audit troisième seuil à la mise sous tension du circuit. Selon un mode de réalisation de la présence invention, lesdites deuxième et première tensions sont prélevées aux bornes d'un dipôle se comportant en source de courant dont la valeur est fonction de la tension aux bornes de la charge. Selon un mode de réalisation de la présence invention, ledit dipôle est un transistor bipolaire. Selon un mode de réalisation de la présence invention, ledit transistor est un transistor de type NPN dont l'émetteur est relié à la masse par un circuit passif au moins résistif. Selon un mode de réalisation de la présence invention, la valeur du circuit passif est choisie pour débiter un courant lorsque le transistor est à l'état passant qui soit inférieur au courant constant fourni par la source de courant. Selon un mode de réalisation de la présence invention, le circuit comporte en outre des moyens pour forcer la première tension audit troisième seuil à la mise sous tension du circuit, ledit circuit passif étant un circuit résistif et capacitif. Selon un mode de réalisation de la présence invention, le transistor est un phototransistor d'un optocoupleur. Selon un mode de réalisation de la présence invention, le deuxième comparateur commande un élément de fourniture d'un courant de commande à destination d'un circuit de génération d'impulsions. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention 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 : la figure 1 qui a été décrite précédemment représente le schéma d'un circuit d'alimentation à découpage du type auquel s'applique la présente invention ; la figure 2 représente le schéma électrique d'un circuit de régulation connu ; la figure 3 représente un circuit de régulation selon un mode de réalisation de la présente invention ; et les figures 4A et 4B illustrent, sous forme de chronogrammes, le fonctionnement du circuit de régulation selon 1'invention. Description détaillée Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, seuls les éléments qui sont nécessaires à la compréhension de l'invention ont été représentés aux figures et seront décrits par la suite. En particulier, les détails constitutifs du circuit de génération des trains d'impulsions de commande de l'

l'interrupteur à découpage n'ont pas été exposés, l'invention étant compatible avec n'importe quel circuit de génération de train d'impulsions classique, pourvu que celui-ci exploite un signal de régulation (signal d'erreur) . De même, le circuit de mesure côté secondaire de l'alimentation à découpage n'a pas été exposé, l'invention étant là encore compatible avec n'importe quel circuit classique pourvu qu'il fournisse, à une photodiode, un courant fonction de la tension de sortie du convertisseur. La figure 3 représente, par un schéma électrique à rapprocher de celui de la figure 2, un circuit 30 de régulation destiné à fournir un signal OVL de détection de surcharge (borne 21) ainsi qu'un signal CT de commande (borne 26) à un circuit de génération de train d'impulsions classique (circuit 6, figure 1) . Comme précédemment, un premier comparateur 25 (en pratique un amplificateur opérationnel monté en comparateur linéaire) compare la tension d'une borne 20 d'entrée d'un signal FB venant de l'émetteur d'un phototransistor PT d'un optocoupleur (11, figure 1) par rapport à une tension de consigne VFB, et commande un transistor MOS M connecté entre les bornes 20 et 26. Selon l'invention, un deuxième comparateur 31 reçoit, sur une entrée inverseuse, une tension VQVL fixant un seuil de surcharge, et a sa sortie reliée à la borne 21. L'entrée non- inverseuse du comparateur 31 est reliée à une borne 32 correspon¬ dant au collecteur du phototransistor PT de optocoupleur. La borne 20 est par ailleurs reliée à la masse 24 par une résistance R, tandis que la borne 32 est reliée à la masse par un condensateur C33. Le cas échéant, la résistance R est en série avec un autre condensateur (non représenté) . Par ailleurs, en interne au circuit 30, une source 34 de courant constant 1BIAS reϋe une borne 23 de fourniture de la tension d'alimen¬ tation continue Vcc à la borne 32 (entrée non-inverseuse du comparateur 31) . Selon l'invention, un troisième comparateur 35 commande un interrupteur M 35 (par exemple, un transistor MOS) court- circuitant la source de courant 34. Le comparateur 35 reçoit, sur son entrée non-inverseuse une tension d'initialisation VINj, et a son entrée inverseuse reliée à la borne 32. Le rôle du comparateur 35 est de réguler le potentiel de la borne 32, donc la charge du condensateur C33, à la tension VINj. La tension VINI est choisie inférieure à la tension V"OVL- En fonctionnement normal, la tension du point 20 est régulée à la tension VFB par la conduction du transistor M qui fournit donc un courant Ipg de consigne au circuit de commande de l'interrupteur de découpage (non représenté en figure 3) . La source de courant 35 joue le rôle de la source de courant 27 (figure 2), mais de façon inversée. En d'autres termes, au lieu de décharger le condensateur (C12, figure 1), elle accroît la charge du condensateur C33 quand le phototransistor est éteint. Le courant IQ dans le condensateur C33 est égal à 1BIAS-1R-1FB' ou 1R correspond au courant constant (égal à VFB/R) dérivé par la résistance R à travers le phototransistor PT. Tant que la somme des deux courants VFB/R et Ipg est capable de dériver ce courant constant en le prélevant sur la source 34, le comparateur 35 parvient à réguler la tension de la borne 32 et aucun signal de détection de surcharge OVL n'est transmis au circuit (6, figure 1) de génération des impulsions de découpage. Pour cela, il faut que le courant fourni par la source 34 soit supérieur au courant VFB/R + IFB quand le transistor PT est passant en fonctionnement normal. La résistance R est choisie en fonction de la puis- sance nominale souhaitée pour la charge sans tenir compte des éventuels courants d'appel. Bien entendu, dans le dimension- nement de la résistance R, on doit tenir compte du fait que le courant qui la traverse doit rester inférieur au courant fourni par la source 34. Dans le cas contraire, on obtient un fonction- nement sans prise en compte des surcharges temporaires. Le circuit de l'invention est par conséquent versatile et peut le cas échéant s'adapter à des applications sans problème de surcharges temporaires. En variante, l'élément résistif R est adapté par une commande externe pour autoriser des surcharges de plus longues durées. En cas d'appel de courant important par la charge, la diminution du courant dans le phototransistor est telle qu'il ne peut plus fournir à la résistance R la somme des courants nominaux souhaitée. Le surplus de courant est alors pris pour charger le condensateur C33. En particulier, si le photo¬ transistor s'éteint, le courant IβlAS ^e ^-a source 34 est intégralement utilisé pour charger le condensateur C33. Le délai d'intervention de la protection dépend du niveau de la surcharge. Plus celle-ci est d'amplitude faible, plus le délai de déclenchement est allongé. Le condensateur C33 est, par exemple, choisi pour ajuster approximativement la durée autorisée des appels transitoires de courant (C=IT/δu) avec I correspondant au courant de la source 34 et δu correspondant à VOVL " VINI- Ainsi, pour une surcharge transitoire, le comparateur 31 n'a pas le temps de commuter pour changer d'état le signal OVL. La disparition de la surcharge remet en conduction le phototransistor PT et le fonctionnement normal réapparaît, la charge du condensateur C33 est ramenée au niveau VINj. Par contre, si la surcharge est suffisamment impor¬ tante pour que la tension aux bornes du condensateur atteigne la tension seuil VQVL, le comparateur 31 bascule. Pour assurer le démarrage du circuit 30, un inter¬ rupteur Kl relie l'entrée non-inverseuse du comparateur 35 à la borne 32. Cet interrupteur Kl est fermé lors du démarrage du circuit et sert à précharger le condensateur C33 à la tension V1Nj. Sans cette précharge, la tension de collecteur du tran¬ sistor PT resterait inférieure à sa tension d'émetteur et il ne pourrait pas être mis en conduction. La tension VINI est choisie supérieure à la tension VFB pour que le phototransistor PT soit convenablement polarisé. Selon un mode de réalisation préféré, un deuxième interrupteur K2 (optionnel) relie l'entrée non-inverseuse du comparateur 35 à la borne 20. Cet interrupteur est fermé en même temps que l'interrupteur Kl et permet un démarrage doux (soft start) du circuit si, parallèlement, un réseau RC est connecté en externe sur la borne 20. Dans ce cas, quand la précharge est relâchée, ce réseau RC se décharge dans la borne 20, ce qui limite la puissance de sortie. Cela génère en fait une rampe de démarrage. Selon une variante de réalisation, la résistance R est une résistance variable, ce qui permet d'ajuster le niveau du seuil de fonctionnement. Selon une autre variante, une source de courant additionnelle injecte un courant directement dans la résistance R, ce qui permet d'abaisser les seuils des pics de courant. Les figures 4A et 4B illustrent, sous forme de chrono¬ grammes, le fonctionnement du régulateur de la figure 3. La figure 4A illustre un exemple d'allure de la puissance P fournie à la charge, tandis que la figure 4B illustre l'évolution de la tension V32 sur la borne 32. En figure 4B ont été indiqués les seuils VJNJ et VQVL, tandis qu'un seuil PovL a été indiqué en figure 4A. Ce seuil PovL (φii dépend de la valeur du conden¬ sateur C33) correspond à la puissance à partir de laquelle on considère qu'il y a une surcharge détectée. Initialement, le niveau de puissance absorbé par la charge est en dessous du niveau PovL' ^a tension V32 reste alors au niveau VINj. On suppose qu'à un instant tl, une surcharge temporaire apparaît (par exemple, liée à un début d'entraînement d'un disque dur informatique) . Dans ce cas, la puissance P croît brusquement et reste à un niveau élevé pendant une durée τ (durée du pic de courant transitoire) . A partir de l'instant tl, la tension V32 croît linéairement mais n'atteint pas le seuil VQVL a l'instant t2 où la surcharge disparaît. Par conséquent, aucune détection de surcharge n'est transmise au circuit de commande de l'interrupteur de découpage. A partir de l'instant t2, si le fonctionnement normal est retrouvé, la tension V32 rejoint la valeur VINj progressivement. Supposons qu'à un instant t3, une autre surcharge apparaît mais cette fois avec une intensité plus importante et de façon durable. Comme l'intensité de la surcharge est plus importante, la puissance dans la charge l'est également. Par conséquent, la charge du condensateur C33 à partir de l'instant t3 est plus rapide qu'à partir de l'instant tl. Ceci vient du fait que le condensateur C33 est chargé avec un courant variable (1BIAS-1R-1FB) • Selon la valeur du courant Ipg, le condensateur C33 reçoit un courant plus ou moins important. Dès que la tension V32 atteint le seuil VQVL' un signal indicateur d'une surcharge est transmis au circuit de commande de l'interrupteur à découpage afin que celui-ci ouvre l'interrupteur 5 de façon permanente tant que la surcharge subsiste. A partir de l'instant t4 où la détection de surcharge a été transmise au circuit 6, on peut considérer que l'extinction (en pratique retardée) de 1'interrupteur de découpage 5 fait disparaître cette surcharge et la puissance P décroît. En pratique, l'état de surcharge se trouve mémorisé par le fait que la boucle de régulation demande encore plus de puissance parce que le convertisseur s'est arrêté. Ceci entraîne généralement une réinitialisation générale de l'alimentation à découpage et son redémarrage (mode dit hiccup) . L'interprétation faite du signal de surcharge OVL est compatible avec les utilisations faites habituellement des signaux de détection de surcharge. Un avantage de la présente invention est qu'elle évite le surdimensionnement classique des constituants d'une alimen¬ tation à découpage pour accepter les surcharges transitoires, notamment en fonctionnement. Ces composants sont ici dimen- sionnés en fonction de la puissance admissible pendant de telles surcharges transitoires. Ils n'ont toutefois pas à supporter des surintensités plus importantes de façon permanente. l'

Un autre avantage de l'invention est qu'elle maintient la régulation même pendant les appels de courant de démarrage. En effet, comme la détection de surcharge (signal OVL) n'est pas déclenchée, le circuit 6 reçoit une demande d'énergie plus importante pendant ces pics, ce qui est souhaitable. Dans une réalisation sous forme intégrée, l'invention requiert une borne (32) supplémentaire pour permettre la connexion du collecteur du transistor PT de optocoupleur. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la réalisation pratique du circuit de régulation de l'invention et notamment le dimensionnement des différents composants est à la portée de l'homme du métier en fonction de l'application à partir des indications fonction- nelles données ci-dessus. De plus, bien que l'invention ait été décrite en relation avec un exemple d' application préféré à une alimentation à découpage utilisant un optocoupleur pour véhi¬ culer le signal de régulation et un transformateur d'isolement, elle s'applique plus généralement, dès que le signal de régula- tion est susceptible d'être interprété, par le circuit de régulation, de la même manière pour une surcharge que pour un besoin normal de courant supplémentaire et que la charge est susceptible d'avoir des appels transitoires qui ne constituent pas des surcharges. Par exemple, le même problème se pose si l'optocoupleur est un transistor bipolaire dont la base est commandée par un convertisseur tension-courant à partir d'une mesure de la tension Vout. En outre, le transistor bipolaire PT pourra être constitué de n'importe quel dipôle se comportant en source de courant dont la valeur est utilisée pour piloter l'élément de puissance.