FR2824203A1 - Convertisseur d'alimentation electrique - Google Patents
Convertisseur d'alimentation electrique Download PDFInfo
- Publication number
- FR2824203A1 FR2824203A1 FR0105708A FR0105708A FR2824203A1 FR 2824203 A1 FR2824203 A1 FR 2824203A1 FR 0105708 A FR0105708 A FR 0105708A FR 0105708 A FR0105708 A FR 0105708A FR 2824203 A1 FR2824203 A1 FR 2824203A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- bus
- switch
- series
- parallel
- voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 7
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 7
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 102100032919 Chromobox protein homolog 1 Human genes 0.000 description 3
- 101000797584 Homo sapiens Chromobox protein homolog 1 Proteins 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 102100027217 CD82 antigen Human genes 0.000 description 2
- 101100166631 Homo sapiens CD82 gene Proteins 0.000 description 2
- 101100364863 Solanum lycopersicum SAR2 gene Proteins 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 101000637625 Cricetulus griseus GTP-binding protein SAR1b Proteins 0.000 description 1
- 102100032174 GTP-binding protein SAR1a Human genes 0.000 description 1
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 101000637622 Homo sapiens GTP-binding protein SAR1a Proteins 0.000 description 1
- 101000994792 Homo sapiens Ras GTPase-activating-like protein IQGAP1 Proteins 0.000 description 1
- 108091092919 Minisatellite Proteins 0.000 description 1
- 241000588769 Proteus <enterobacteria> Species 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012857 repacking Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
- H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/158—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
- H02M3/1584—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
- H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/06—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
- H02M3/07—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
La présente invention concerne un convertisseur comportant au moins un module convertisseur (MODi) présentant au moins une borne d'alimentation électrique couplée à un générateur d'énergie électrique (SAR) et à une ligne d'alimentation électrique telle qu'un bus (BUS) et comportant au moins un commutateur série (S1) et un commutateur parallèle (S2), le commutateur série (S1) étant disposé en série entre la borne d'alimentation électrique (A) et une première self (L1), elle-même en série avec une source d'énergie électrique (BAT), le premier commutateur série (L1) et la première self formant une branche série, et le commutateur parallèle (52) étant disposé en parallèle entre ladite branche série et la masse, lesdits commutateurs (S1, S2) dudit module étant commandés en opposition de phase par un circuit de commande présentant un premier état de commande dans lequel lesdits commutateurs sont pilotés dans un premier mode de fonctionnement abaisseur de tension dans lequel un courant électrique circule depuis un générateur d'énergie électrique (BAT) vers la ligne d'alimentation électrique et un deuxième état de commande dans lequel lesdits commutateurs sont pilotés dans un deuxième mode de fonctionnement d'élévation de tension, dans lequel le courant circule depuis la source de courant d'alimentation vers le générateur de tension électrique (BAT). Le commutateur parallèle (52) est disposé dans une branche parallèle entre ladite borne d'alimentation électrique (A) et la masse, et le circuit de commande (MEA) présente un troisième mode de fonctionnement en shunt dans lequel le deuxième commutateur parallèle (S2) est fermé et le commutateur série est ouvert (S1).
Description
l'axe central (38! de la machine tournante électrique.
CONVERTISSEUR D'ALIMENTATION ELECTRIQUE.
La présente invention concerne un convertisseur d'alimentation électrique couplé à une source d'alimentation électrique et à
une ligne d'alimentation électrique tel qu'un bus.
Dans le domaine des missions par satellite à orbite terrestre basse (LEO), on utilise en général un bus alimenté sans réqulation comme c'est le cas dans des missions SPOT/ERS/PPF et maintenant dans ie nouveau minisatellite PROTEUS ou GLOBALSTAR. La raison en est le rapport élevé entre le temps d'éclipse et le temps d'ensoleillement pour ces 0 missions et le besoin qui en résultent en ce qui concerne le cycle de charge et de décharge de la batterie. Le couplage de la batterie au bus élimine le besoin d'éléments de décharge de la batterie, et la charge de la batterie est contrôlée par un shunt qui présente un rendement relativement élevé. Un tel
système est illustré par la figure 1.
Cette solution présente des inconvénients qui sont bien connus et qui sont particulièrement perceptibles dans le cas de certains projets tels que le PPF: - la désadaptation de la tension du réseau de capteurs solaire conduit typiquement à un surdimensionnement minimum de 5 à 10% du réseau de capteurs solaire, - I'électronique doit être dimensionnée pour la plus basse tension disponible sur la batterie, - la puissance de pointe des éléments de chauffe est variable, - la protection est difficile à mettre en oeuvre, - la quantité de régulation qui est nécessaire sur chaque convertisseur (par exemple 22 à 37 volts pour le satellite SPOT/PFF), et le fait que pour les filtres, la taille des inductances est déterminée par le courant à la plus basse tension alors que la taille des condensateurs est déterminée par la
tension maximale sur le bus.
Un certain nombre de nouveaux projets (SKYBRIDGE, ATV) se sont tournés vers la mise en oeuvre de bus régulés pour réaliser leur mission. Un tel bus réquié est décrit dans le brevet français n 2 785 103 déposé par la société demanderesse. Cette solution n'est pas facilement applicable au cas o la tension de batterie est supérieure à la tension du bus ce qui est le cas dans les systèmes ATV, SPACE BUS 3000, SOHO, XMM, INTEGRAL, etc... Pour de tels projets, la méthode employée a été soit le bus dit hydride ou le but entièrement régulé avec un shunt, un contrôle de charge de la batterie (BCR) et un contrôle de décharge de la batterie (BDR). Une technique susceptible d'être utilisée avec une tension de batterie supérieure à celle du bus est décrite dans le brevet français FR-2 777 715 également déposé par la société demanderesse. Ce concept nécessite une opération séquentielle du shunt. Il permet d'obtenir une faible perte lors du fonctionnement du shunt mais il ne permet pas d'éviter la mise en oeuvre d'une contrôle de charge de batterie (BCR) et il a été conçu plus particulièrement pour des satellites de télécommunication en orbite géostationnaire pour lesquels il n'est besoin de disposer que d'une puissance limitée pour la charge de la batterie étant donné que la charge peut être
répartie sur une période de 23 heures pour seulement une heure d'éclipse.
Une architecture classique de bus régulé est illustrée par la
figure 2, dans le cas d'une tension de batterie supérieure à celle du bus.
Cette architecture met en oeuvre trois convertisseurs différents: le shunt, le chargeur et le déchargeur. Un tel concept est mis en oeuvre par exemple sur le SPACE BUS 3000 ou sur XMM/INTEGRAL. Le shunt est généralement un shunt séquentiel commuté, le déchargeur est un convertisseur de type abaisseur de tension ("buck"), le chargeur de batterie est un convertisseur du type à augmentation de tension, soit un convertisseur surtenseur proprement dit ("boost") ou un abaisseur de tension fonctionnant en push pull ("buck push pull"). Comme on peut le voir, ce concept nécessite la mise en oeuvre de trois convertisseurs différents dont chacun forme une interface entre l'amplificateur principal d'erreurs MEA, le bus et/ou le réseau solaire et la batterie. De plus, le chargeur prend son énergie du bus, c'est-à-dire une énergie qui a été obtenue après les pertes générées par le shunt. Le rendement est généralement élevé, mais sur un bus de 28 V par
exemple, il se peut qu'il ne dépasse pas 96%.
La présente invention a pour objet un convertisseur permettant de réguler un bus, avec une batterie dont la tension est supérieure
à celle du bus, tout en simplifiant l'architecture.
3 5 L'idée de base de l'invention est de mettre en oeuvre un module électrique présentant seulement deux commutateurs actifs pour réaliser les trois fonctions de shunt, charge de batterie BCR et décharge de
batterie BDR.
On connat par ailleurs du Brevet US-5,359,280 (SPACE SYSTEMS/LORAL), un convertisseur de tension destiné à alimenter le bus d'un satellite et qui présente seulement deux commutateurs 1'un pour la
charge et l'autre pour la décharge de la batterie.
L'architecture de ce convertisseur ne permet pas d'obtenir la
fonction de shunt, nécessaire pour contrôler l'excédent d'énergie source.
Par ailleurs, il ne permet pas de ségréguer le convertisseur du o bus, par exemple par une diode de protection. Ceci est dû au fait que le
courant doit circuler dans les deux sens à partir du bus.
La présente invention permet d'obtenir l'ensemble des fonctions recherchées de charge, de décharge de batterie et de shunt avec un module d'architecture très simple couplé avec un circuit de commande dont 1'architecture est également simple. L'invention concerne ainsi un convertisseur comportant au moins un module convertisseur présentant au moins une borne d'alimentation électrique destinée à être couplée à un générateur d'énergie électrique telle qu'un générateur d'énergie solaire et à une ligne d'alimentation électrique telle qu'un bus et comportant au moins un commutateur série et un commutateur parallèle, le commutateur série étant disposé en série entre la borne d'alimentation électrique et une première self, elle-même en série avec une une source d'énergie électrique comportant au moins une batterie, le premier commutateur série et la première self formant une branche série, et le commutateur parallèle étant disposé en parallèle entre ladite branche série et la masse, lesdits commutateurs dudit module étant commandés en opposition de phase par un circuit de commande présentant un premier état de commande dans lequel lesdits commutateurs sont pilotés dans un premier mode de fonctionnement abaisseur de tension dans lequel un courant 3 o électrique circule depuis le générateur d'énergie électrique vers la ligne d'alimentation électrique et un deuxième état de commande dans lequel lesdits commutateurs sont pilotés dans un deuxième mode de fonctionnement d'élévation de tension, dans lequel le courant circule depuis la source de courant d'alimentation vers le générateur d'énergie électrique, caractérisé en ce que le commutateur parallèle est disposé dans une branche parallèle entre ladite borne d'alimentation électrique et la masse, et en ce que le circuit de commande présente un troisième état de commande en sbunt dans lequel le deuxième commutateur parallèle est fermé et le commutateur série est ouvert. Selon un mode de réalisation préféré, le circuit de commande présente un premier amplificateur (par exemple commun à plusieurs modules) qui compare la tension de la ligne d'alimentation du bus à une tension de référence dont la sortie attaque une entrée d'un deuxième amplificateur dont l'autre entrée reçoit un signal représentatif d'un courant de sortie du module dans la ligne d'alimentation électrique. Ceci permet de commander les modes
0 charge et décharge du générateur d'énergie électrique.
Le convertisseur peut être caractérisé en ce que le circuit de commande présente un troisième amplificateur ou comparateur dont la sortie induit ledit troisième mode de fonctionnement quand un courant de charge de la batterie fourni par le module dans le deuxième état de commande dépasse un seuil donné. Le choix de cette condition est particulièrement avantageux en raison du fait que, s'il y a suffisamment de courant disponible pour charger la batterie, c'est que le courant demandé par le bus est également satisfait, ce qui fait qu'il n'y a pas besoin d'imposer d'autres conditions au fonctionnement
en mode shunt.
Le module peut être caractérisé en ce qu'au moins un module convertisseur présente plusieurs bornes d'alimentation électrique et en ce qu'il comporte pour chaque dite borne d'alimentation électrique, un commutateur série formant entre ladite borne et la batterie, une branche série avec ladite première self, et un commutateur parallèle formant une branche
parallèle entre ladite borne et la masse.
Selon un mode de réalisation particulier, le ou les commutateur(s) parallèle(s) est (sont) disposé(s) en série avec une deuxième self. Un condensateur dont les bornes sont connectées entre une borne de première self non connectée au générateur d'énergie électrique et une borne de deuxième self non connectée à la masse est également mis en _uvre
dans ce cas.
Le convertisseur présente avantageusement une diode de protection qui permet de ségréquer le convertisseur du bus. Ceci permet de charger en parallèle la batterie sans avoir de convertisseur chargeur connecté sur le bus. De plus, en cas de défaillance d'un module, on évite de court
circuiter la capacité du bus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparatront mieux à la lecture de la description qui va suivre, donné à titre
d'exemple non limitatif en liaison avec les dessins dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un bus non régulé de l'art antérieur, - la figure 2 illustre une architecture classique d'un bus réqulé, - la figure 3 illustre l'architecture simplifiée d'un convertisseur selon l'invention, o seul l'effet des commutateurs est
1 0 représenté.
- la figure 4a représente un mode de réalisation préféré d'un module convertisseur selon l'invention, dont le circuit de commande est illustré à la figure 4b. Dans cet exemple, une topologie dite << superbuck " est
utilisée à la décharge de la batterie et une topologie << boost>> à la charge.
D'autres topologies ne sont bien sûr pas exclues.
- la figure 5 illustre un module convertisseur selon l'invention alimenté par plusieurs sections de capteurs solaires, - la figure 6 représente une topologie préférée de mise en oeuvre de l'invention, - la figure 7 illustre la mise en oeuvre d'une détection de courant bi-directionnel selon un mode de réalisation préféré de l'invention, et - les figures 8a, 8b, 9, et 10 à 10c sont des chronogrammes
des signaux.
La figure 1 montre une architecture simple d'un bus non régulé dans lequel un circuit de commande CTR commande, en fonction de la tension Vbat d'une batterie BAT et du courant Ibat de celle-ci, la fermeture d'un interrupteur série S couplé à un élément de capteurs solaires d'un réseau de capteurs solaires SAR ou bien d'un interrupteur parallèle S3 qui sert de shunt. Le bus BUS est ainsi alimenté soit par la batterie BAT, soit à la
fois par la batterie BAT et les capteurs solaires du réseau SAR.
La figure 2 illustre une architecture classique de bus réqulé qui met en oeuvre trois convertisseurs référencés 1 pour la charge de batterie, 2 pour la décharge de batterie et 3 pour le sbunt. Un circuit de commande COM piloté par la tension Vbus du bus BUS pilote des circuits de commande CCT pour le module 1, DCT pour le module 2 et SCT pour le module 3. Comme le montre l'architecture, la batterie BAT se charge en prenant son énergie sur le bus, c'est-à-dire de l'énergie qui a été acquise après passage à travers le module de shunt 3, avec les déperditions qui en résultent. La figure 3 illustre la topographie d'un module MODi. Il comporte une section de capteurs solaires SCi fournissant un courant ISA, qui est couplée à un point A de tension VA, à travers une diode Do. Le module alimente en courant 11 un bus BUS, en parallèle avec les autres modules. Un élément de stockage d'énergie BAT fournit ou prélève un courant 12. Un commutateur série SW1 est en série entre la batterie BAT et le point A. Un commutateur parallèle SW2 est disposé entre le point A et la masse. Ils sont alimentés en opposition par un signal OSi fourni par un circuit de commande MEA. L'architecture du module MODi est extrêmement simple, puisqu'il ne met en oeuvre que deux commutateurs SWl et SW2 pour réaliser I'ensemble des fonctions désirées de charge de batterie, de décharge de
batterie et de shunt.
Les n modules MOD1, MOD2... MODn-1 et MODn sont
alimentés par le circuit de commande MEA.
Dans l'exemple de réalisation préféré de la figure 4a, chaque module est associé à un module de capteurs solaires respectivement SC1, SC2... SCn-1 et SCn. On désigne pour chaque module par 11 le courant de sortie qu'il génère à travers une diode de ségrégation D10 en direction du bus BUS et par 12 sa contribution positive ou négative au courant dans l'élément de stockage d'énergie BAT comportant au moins une batterie. Chaque module MOD1.... MODn présente une self série L1 dont une borne b'1 est connectée à l'élément de stockage BAT et dont l'autre borne bl est connectée à une borne du commutateur S1 dont l'autre borne est connectée au point A du module qui est alimenté par un capteur solaire SC1.... SCn et à partir duquel le courant 11 est délivré en direction du bus BUS. Le commutateur S2 est disposé entre la borne A et la borne b2 d'une deuxième self L2 dont l'autre borne b'2 est à la masse. Enfin, un condensateur C est connecté entre les bornes b1 et b2. Le module MOD1 est commandé par le circuit de commande MEA comme illustré à la figure 4b. La philosophie de ce circuit est de réaliser l'activation du shunt dans le cas o le courant de charge 12 fourni par le module atteint une valeur de référence correspondant à une charge satisfaisante de l'élément de batterie BAT par le module. De la sorte, tous les modules et les shunts ne sont pas commandés séquentiellement mais en parallèle en fonction de la demande en courant de l'élément de stockage d'énergie BAT. Cependant, il est possible d'utiliser les shunts en
mode séquentiel en fonction du courant total allant vers la batterie.
L'intérét de ce mode de commande est que, si la demande en courant de l'unité de stockage BAT est satisfaite, cela veut dire également
que le courant fourni au bus est également suffisant.
Le mode de fonctionnement sera décrit plus complètement
ci-après en relation avec la figure 4b.
Un premier amplificateur opérationnel A1 reçoit la tension Vbus sur le bus et la compare à une tension de référence fournie par une diode Zener Z. Ce comparateur A1 détermine donc si la tension sur le bus est ou non suffisante et génère un signal d'erreur ES correspondant, positif ou négatif. Ce signal d'erreur ES sert de référence de courant pour le courant d'entrée du chargeur de batterie. A cet effet, un deuxième amplificateur opérationnel A2 reçoit ce signal d'erreur ES ainsi qu'un signal représentant le courant 11 fournit par le module MODi. La sortie de l'amplificateur A2 alimente à travers une diode D1 un comparateur de commande CP qui fournit un signal de sortie OSi qui est un signal carré dont le rapport cyclique est variable. A cet effet, un générateur de signaux triangulaires GEN a sa sortie couplé à une entrée de circuit de commande CP dont l'autre entrée est couplée à la sortie du comparateur A2 à travers la diode D1. Le générateur de signaux triangulaire détermine la fréquence de commutation du convertisseur. 2 5 La fonction shunt est assurée par le comparateur ou l'amplificateur A3 q ui compare ai nsi q u'on l'a d it ci-dessus le cou rant 1 2 au courant de référence de l'élément BAT et dont la sortie est couplée au circuit CP à travers la diode D2. Il y a seulement un seul circuit A1 pour tous les modules (boucle de tension du bus) et chaque module présente les
amplificateurs ou comparateurs A2 et A3.
A3 peut être un comparateur (mode << bang-bang " ou
séquentiel) ou un amplificateur (mode régulation).
Le fonctionnement est alors le suivant:
Prenons le cas d'un satellite sur orbite terrestre basse (LEO).
Si on considère tout d'abord le cas o le réseau de capteurs solaires SAR est illuminé, assez de puissance est générée pour produire une tension de bus Vbus satisfaisante. Il existe même un excédent de courant (en général de 30 à 40%) pour charger l'unité de stockage BAT. Etant donné que la puissance disponible est supérieure aux besoins du bus, la sortie de l'amplificateur comparateur A1 dérive positivement et ce signal d'erreur ES sert de courant de référence pour le courant d'entrée destiné à la charge de batterie BAT. En d'autres termes, plus la tension sur le bus est élevée, plus il y a de courant disponible pour charger l'élément de stockage BAT. La topologie du module de la figure 3 avec les commutateurs S1 et S2, les deux selfs Ll et L2 et le condensateur C autorise un fonctionnement bi-directionnel. Entre le bus BUS (point A) et l'unité de stockage BAT, le module fonctionne en tant que surtenseur ("boost"), le commutateur S2 étant actif et le commutateur S1 servant de rectificateur synchrone. Il peut également fonctionner de l'unité de stockage BAT vers le bus en tant qu'abaisseur de tension, le commutateur S1 étant actif et le commutateur S2 servant de red resseur synch rone. U n tel fonctionnement ne se distingue pas fondamentalement de celui décrit dans le
brevet US 5 359 380 précité, lequel présente également de telles fonctions bi-
directionnelles. Dans le cas précité o les capteurs du réseau SAR sont exposés au rayonnement solaire, le mode de surtension est opérationnel jusqu'au point o la référence de courant de charge est changée ou annulée car la batterie est chargée. Jusqu'à ce point, c'est la seule première boucle de réqulation qui est opérationnelle (à travers l'amplificateur A2), la diode D1
commandant la tension à l'entrée du comparateur CP.
Lorsque l'énergie solaire disponible est telle que, non seulement la tension requise est obtenue sur le bus, mais qu'également le courant maximal de charge de l'élément de stockage BAT est obtenu, c'est qu'il existe de la puissance en excédent. Il faut alors entrer dans le domaine
shunt comme dans un bus classique à trois domaines de réqulation.
Avec la nouvelle architecture, au lieu de commander cette 3 o fonction de sbunt à partir de la tension de bus (voir par exemple la figure 2), le shunt est activé en réqulant le courant sur l'élément de stockage BAT. La deuxième boucle de réqulation (amplificateur ou comparateur A3) entre alors en action, et c'est maintenant la diode D2 qui commande l'opération du comparateur CP pour régler le temps de conduction du commutateur S2 en mode shunt, en alternance avec la diode D1 (mode charge ou décharge de batterie). En d'autres termes, les deux boucles sont actives séquentiellement pour réaliser un contrôle du bus BUS, et les modules fonctionnent en parallèle. En mode shant, le commutateur S2 est commandé en raison du fait qu'à la fois la tension Vbus sur le bus et le courant de charge maximale de la batterie BAT sont atteints. Ceci est possible en raison de causalité qui existe entre ces deux effets. En effet, il ne peut exister de courant 12 de charge de la batterie BAT que si la tension Vbus désirée est tout d'abord atteinte. Si le courant de charge de la batterie BAT atteint le maximum permis, la tension sur le bus Vbus est toujours atteinte en raison même de
I'existence de ce courant de charge de l'unité de stockage BAT.
En mode shunt, le commutateur S2 est fermé en permanence s'il le faut. La commande est pulsée, ce qui peut maintenir S2 fermé indéfiniment. La fréquence de commutation dépend du point de fonctionnement du shunt. Elle est en pratique de 10 à 100 fois inférieure à la fréquence de commutation du convertisseur. Ceci dépend du fonctionnement choisi: le shunt peut fonctionner en mode séquentiel ou bien tous les modules fonctionnent en shunt en parallèle. La commande de S2 tend à créer une tension moyenne au niveau du panneau solaire (avant la diode de ségrégation) qui satisfait la puissance moyenne demandée par la batterie et
le bus.
Lorsque le satellite est en mode éclipse, le tension sur le bus ne peut être satisfaite que si l'unité de stockage BAT fournit le courant qui est demandé. La polarité de la tension d'erreur ES en sortie du comparateur A1, correspond dans ce cas à un courant de référence de polarité inverse sur le bus, c'est-à-dire un courant provenant de 1'unité de stockage BAT. Dans ce mode opératoire, I'amplificateur A2 fournit à 1'entrée du comparateur CP une tension telle qu'en raison du rapport cyclique du signal OSi, le commutateur S1 est actif, et le comparateur S2 fonctionne en redresseur synchrone. On rappellera que les commutateurs S1 et S2 fonctionnent toujours en opposition, ce qui fait qu'il n'est besoin d'utiliser qu'une seule commande (par exemple avec des sorties complémentaires) pour commander les deux
commutateurs S1 et S2.
La raison pour laquelle le convertisseur peut fonctionner en mode de charge de batterie en satisfaisant à la fois les conditions requises 3 5 par le fonctionnement du bus et le courant de l'unité de stockage BAT, tout en étant alimenté par une source de courant constant (le réseau solaire SAR) est qu'il existe un degré de liberté dans le système qui est la tension moyenne fournie par le réseau solaire SAR. On constate que cette tension s'ajuste d'elle-méme en raison du fonctionnement du convertisseur surtenseur ("boost"), à une valeur telle que le produit entre la tension moyenne et le courant moyen (pratiquement constant) fournis par le réseau SAR corresponde à une puissance moyenne égale à la puissance du bus plus la puissance de charge de l'unité de stockage BAT, I'unité de stockage BAT étant vue à un instant donné comme une tension fixe. En mode shunt, la commande de S2 est telle que le rapport cyclique de commande de S2 donne
o la tension moyenne nécessaire au niveau du panneau solaire.
Dans le nouveau concept qui est proposé, le shunt n'est plus nécessairement séquentiel, et tous les modules peuvent fonctionner en parallèle. Ceci a un impact favorable sur la fréquence à l'amplitude de la variation de tension sur le condensateur Cbus. Le shunt peut alors
l 5 fonctionner à une fréquence plus élevée.
Cependant, un fonctionnement du shunt en mode séquentiel
est aussi possible et conduit à une fréquence d'opération plus basse.
Comme représenté à la figure 5, il est possible d'associer plusieurs sections de capteurs solaires à un seul module. Dans l'exemple de la figure 5, trois sections de capteurs solaires SAR1, SAR2 et SAR2 couplés à des bornes A1, A2 et A3. Il y a alors trois paires de commutateurs respectivement S1, S2, S1', S2' et S1", S2". S1 est connecté entre les bornes b1 et A1, et S1' entre les bornes b1 et A2 et S1" entre les bornes b1 et A3. S2 est connecté entre les bornes A1 et b2, S2' entre les bornes A2 et b2, S2" entre les bornes A3 et b2. Le module comporte les selfs L1 et L2 et le
condensateur C comme précédemment.
La figure 6 illustre un mode de réalisation préféré de la commande d'un module pour lequel le circuit de commande CP fournit son signal OS1 au primaire TR d'un transformateur T dont les secondaires TR1 et TR2 ont un point milieu couplé au point A et dont les secondaires sont couplés à travers des diodes Do et D'o à la porte de transistors respectivement NMos et P-Mos qui constituent des commutateurs S1 et S2, permettant ainsi une commutation en opposition à partir d'un méme signal de sortie. Enfin, la figure 7 illustre une topologie à miroir de courant permettant des détections bi-directionnelles du courant 12. On notera qu'une
solution alternative pourrait être obtenue à l'aide d'un capteur à effet Hall.
Le chronogramme en fréquence et les formes de tension VA au point A en mode shunt peuvent varier en fonction du mode de fonctionnement de l'amplificateur A3, à savoir si A3 fonctionne en comparateur (mode dit << bang-bang >) ou en amplificateur (mode dit séquentiel ou régulé) et si les modules opèrent tous en shunt en parallèle ou
bien séquentiellement.
0 Les figures 8a et 8b illustrent pour le commutateur S2 et la tension VA le fonctionnement respectivement en mode << bang-bang >, et en
mode< régulé>.
La figure 9 illustre les valeurs de la tension ES à la sortie de A1 selon les différents modes. En mode shunt, la tension ES n'est pas
1 5 utilisée.
Les figures 1 Oa à 1 0c illustrent la commutation des commutateurs S1/S2 respectivement: - en mode décharge de batterie (par exemple VBUS = 28 V; Vbat = 45 V); S1 (< ON >) = 6,2 s; S2 (< ON >>) = 3,8 s, - en mode charge de batterie (S1 (< ON >) = 3,8 1ls; S2 (< ON >) = 6,2 s); - et en mode shunt:
avec << ON >> = commutateur fermé (S1 ou S2).
R EVEN DICATI ON S
1) Convertisseur comportant au moins un module convertisseur présentant au moins une borne d'alimentation électrique destinée à être couplée à un générateur d'énergie électrique telle qu'un générateur d'énergie solaire et à une ligne d'alimentation électrique telle qu'un bus et comportant au moins un commutateur série et un commutateur parallèle, le commutateur série étant disposé en série entre la borne d'alimentation électrique et une première self, elle-méme en série avec une une source d'énergie électrique comportant au moins une batterie, le premier commutateur série et la première self formant une branche série, et le commutateur parallèle étant disposé en parallèle entre ladite branche série et la masse, lesdits commutateurs dudit module étant commandés en opposition de phase par un circuit de commande présentant un premier état de commande dans lequel lesdits commutateurs sont pilotés dans un premier mode de fonctionnement abaisseur de tension dans lequel un courant électrique circule depuis le générateur d'énergie électrique, vers la ligne d'alimentation électrique et un deuxième état de commande dans lequel lesdits commutateurs sont pilotés dans un deuxième mode de fonctionnement d'élévation de tension, dans lequel le courant circule depuis la source de courant d'alimentation vers le générateur d'énergie électrique, caractérisé en ce que le commutateur parallèle est disposé dans une branche parallèle (SW2, S2) entre ladite borne d'alimentation électrique (A) et la masse, et en ce que le circuit de commande présente un troisième état de commande en sbunt dans lequel le deuxième commatateur parallèle est fermé (S2) et le
2 5 commutateur série (S1) est ouvert.
2) Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande présente un premier amplificateur (A1) qui compare la tension (VBUS) de la ligne d'alimentation (BUS) à une tension de rélérence et dont la sortie attaque une entrée d'un deuxième amplificateur (A2) dont l'autre entrée reçoit un signal représentatif d'un courant de sortie
(11) du module (MODi) dans la ligne d'alimentation électrique (BUS).
3) Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce
que le premier amplificateur (A1) est commun à plusieurs modules.
4) Convertisseur selon une des revendications 1 à 3,
3 5 caractérisé en ce que le circuit de commande présente un troisièmeamplificateur (A3) dont la sortie induit ledit troisième mode de fonctionnement quand un courant de charge fourni par le module dans le deuxième état de
commande (12) dépasse un seuil donné [(I bat (ref)].
) Convertisseur selon une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'au moins un module convertisseur (MODi) présente plusieurs bornes d'alimentation électrique et en ce qu'il comporte pour chaque dite borne d'alimentation électrique, un commutateur série (S1, S1', S1") formant entre ladite borne et la batterie, une branche série avec ladite première self (L1), et un commutateur parallèle (S2, S2', S2") formant une
branche parallèle entre ladite borne (A) et la masse.
o 6) Convertisseur selon une des revendications précédentes,
caractérisé en ce le ou les commutateur(s) parallèle(s) est (sont) disposé(s) en série avec une deuxième self (L2) et en ce qu'il présente un condensateur (C) dont les bornes sont connectés entre une borne (b1) de la première self (L1) non connectée au générateur d'énergie électrique et une borne (b2) de la deuxième self (L2) non connectée à la masse.
7) Convertisseur selon une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comporte une diode de protection (D) permettant de
ségréquer le convertisseur du bus.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0105708A FR2824203B1 (fr) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | Convertisseur d'alimentation electrique |
| US10/125,487 US6617831B2 (en) | 2001-04-27 | 2002-04-19 | Electrical power supply converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0105708A FR2824203B1 (fr) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | Convertisseur d'alimentation electrique |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2824203A1 true FR2824203A1 (fr) | 2002-10-31 |
| FR2824203B1 FR2824203B1 (fr) | 2003-06-13 |
Family
ID=8862777
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0105708A Expired - Fee Related FR2824203B1 (fr) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | Convertisseur d'alimentation electrique |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6617831B2 (fr) |
| FR (1) | FR2824203B1 (fr) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8237530B2 (en) * | 2009-08-10 | 2012-08-07 | Volterra Semiconductor Corporation | Coupled inductor with improved leakage inductance control |
| US8102233B2 (en) * | 2009-08-10 | 2012-01-24 | Volterra Semiconductor Corporation | Coupled inductor with improved leakage inductance control |
| DE10330834A1 (de) * | 2003-07-08 | 2005-02-03 | Cooper Crouse-Hinds Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Versorgung wenigstens einer Last |
| US7564149B2 (en) * | 2004-07-21 | 2009-07-21 | Kasemsan Siri | Sequentially-controlled solar array power system with maximum power tracking |
| US8563845B2 (en) * | 2006-04-06 | 2013-10-22 | Carmanah Technologies Corp. | Adaptive solar powered system |
| US20080030077A1 (en) * | 2006-06-29 | 2008-02-07 | Honeywell International Inc. | Multi-stage power conversion and distribution |
| US20080111517A1 (en) * | 2006-11-15 | 2008-05-15 | Pfeifer John E | Charge Controller for DC-DC Power Conversion |
| WO2009114873A1 (fr) * | 2008-03-14 | 2009-09-17 | Volterra Semiconductor Corporation | Inducteur convertisseur de tension ayant une valeur d’inductance négative |
| US9019063B2 (en) | 2009-08-10 | 2015-04-28 | Volterra Semiconductor Corporation | Coupled inductor with improved leakage inductance control |
| ES2394435T3 (es) * | 2010-01-08 | 2013-01-31 | Agence Spatiale Européenne | Unidad y sistema de acondicionamiento de energía aléctrica |
| US8994349B2 (en) * | 2010-12-03 | 2015-03-31 | The Boeing Company | Synchronous rectifier bi-directional converter |
| US8553376B2 (en) * | 2010-12-11 | 2013-10-08 | The Boeing Company | Synchronous rectified PWM regulator with auto fault clearing |
| FR2980053B1 (fr) * | 2011-09-13 | 2013-10-04 | Renault Sa | Procede de surveillance du filtre capacitif d'un chargeur de batterie. |
| CN203660877U (zh) * | 2013-09-09 | 2014-06-18 | 中国科学院光电研究院 | 一种浮空器用宽电压输入高效直流电源变换器 |
| CN107908177B (zh) * | 2017-11-20 | 2020-08-07 | 上海空间电源研究所 | 一种卫星电源控制器工作状态识别方法 |
| US11104457B1 (en) | 2020-12-09 | 2021-08-31 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | Power distribution device |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5359280A (en) * | 1992-01-10 | 1994-10-25 | Space Systems/Loral | Bilateral power converter for a satellite power system |
| US5420497A (en) * | 1993-03-25 | 1995-05-30 | Yuasa Corporation | Direct current power unit having main and secondary direct current power supplies |
| FR2777715A1 (fr) * | 1998-04-15 | 1999-10-22 | Agence Spatiale Europeenne | Module convertisseur d'alimentation electrique et systeme le comprenant |
| FR2785103A1 (fr) * | 1998-10-23 | 2000-04-28 | Agence Spatiale Europeenne | Dispositif de generation d'energie electrique pour bus d'alimentation |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4801859A (en) * | 1986-12-23 | 1989-01-31 | Sundstrand Corporation | Boost/buck DC/DC converter |
| JPH0769750B2 (ja) * | 1989-09-08 | 1995-07-31 | 三菱電機株式会社 | 太陽電池電源系 |
| FR2663169A1 (fr) * | 1990-06-08 | 1991-12-13 | Alcatel Espace | Dispositif de regulation d'un parametre par une structure bidirectionnelle en courant. |
| US6188199B1 (en) * | 2000-03-31 | 2001-02-13 | Eldec Corporation | Battery charge optimizing system |
-
2001
- 2001-04-27 FR FR0105708A patent/FR2824203B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-04-19 US US10/125,487 patent/US6617831B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5359280A (en) * | 1992-01-10 | 1994-10-25 | Space Systems/Loral | Bilateral power converter for a satellite power system |
| US5420497A (en) * | 1993-03-25 | 1995-05-30 | Yuasa Corporation | Direct current power unit having main and secondary direct current power supplies |
| FR2777715A1 (fr) * | 1998-04-15 | 1999-10-22 | Agence Spatiale Europeenne | Module convertisseur d'alimentation electrique et systeme le comprenant |
| FR2785103A1 (fr) * | 1998-10-23 | 2000-04-28 | Agence Spatiale Europeenne | Dispositif de generation d'energie electrique pour bus d'alimentation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6617831B2 (en) | 2003-09-09 |
| US20020159282A1 (en) | 2002-10-31 |
| FR2824203B1 (fr) | 2003-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3554887B1 (fr) | Procédé de commande d'un dispositif de charge embarqué sur un véhicule électrique ou hybride | |
| FR2824203A1 (fr) | Convertisseur d'alimentation electrique | |
| EP2532069B1 (fr) | Systeme d'equilibrage de charge pour batteries | |
| FR2777715A1 (fr) | Module convertisseur d'alimentation electrique et systeme le comprenant | |
| EP3607644B1 (fr) | Procede de commande d'un dispositif de charge embarque sur un vehicule electrique ou hybride | |
| EP1334551A1 (fr) | Convertisseur de tension a circuit de commande autooscillant | |
| EP2524397B1 (fr) | Système de gestion et de commande de panneaux photovoltaïques | |
| FR2651932A1 (fr) | Alimentation solaire a mecanisme de deverrouillage de ligne commune de panneau solaire. | |
| EP2260559A2 (fr) | Reseau electrique | |
| FR2910141A1 (fr) | Systeme de generation d'energie electrique avec maximisation de la puissance | |
| FR2987509A1 (fr) | Circuit de charge d'une installation de stockage d'energie et son procede de charge | |
| WO2009115555A1 (fr) | Dispositif de commande d'une alimentation a decoupage dc dc, du type a n voies entrelacees | |
| EP2073340B1 (fr) | Système d'alimentation électrique pour satellite | |
| FR2987512B1 (fr) | Circuit de charge d'une installation d'alimentation en energie et son procede d'application | |
| EP2504912A1 (fr) | Convertisseur continu-continu d'énergie électrique à partir d'une source d'énergie électrique continue | |
| EP0795224A1 (fr) | Systeme d'alimentation d'auxiliaires pour station de pompage alimentee a distance | |
| WO2019053369A1 (fr) | Chargeur de vehicule comprenant un convertisseur dc/dc | |
| FR2932617A1 (fr) | Circuit d'alimentation electrique d'une unite de commande d'une installation domotique. | |
| EP2297840A1 (fr) | Poste de soudage a l'arc a onduleur a commutation douce quasi resonant optimise | |
| FR2733862A1 (fr) | Dispositif d'alimentation a decoupage | |
| EP4290750A1 (fr) | Dispositif d alimentation par extraction de courant sur une ligne secteur | |
| FR2955210A1 (fr) | Systeme de gestion et de commande de panneaux photovoltaiques | |
| FR3013533A1 (fr) | Commande d'un convertisseur alternatif-continu | |
| EP0969584A1 (fr) | Alimentation à découpage basse tension non-isolée | |
| FR2958814A1 (fr) | Elevateur rapide de tension electrique generateur de courant optimisable, a haut rendement, par complementation asservie d'une source existante a tension fixe ou fluctuante, du watt au megawatt |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20141231 |