Brevet FR2174660A1 — publié le 19731019

On sait que la variation de la tension aux bornes dune batterie destinée à l'alimentation électrique d'un véhicule oUtO- mobile est très importante lorsque la température ambiante varie. Cette variation est due, non seulement à la variation de la tension à vide en fonction de la température, mais également à la variation de la résistance interne de la batterie. Pour une gamme de températures allant de -300C à +7G C, la variation de la tension aux bornes d'une batterie est comprise entre 3 et 4 Volts environ, ce qii est beaucoup trop important pour pouvoir Aetre toléré par les différents organes utilisateurs montés sur le véhicule, tels que les lampes de projecteurs d'éclairage par exemple. On est donc amené à établir une régulation plus serrée de la tension de sortie du générateur qui permet la charge de la batterie de sorte qu'au lieu d'une gamme de variations allant de 12 à 16 Volts, par exemple, pour une batterie de type classique dans la gamme de températures ci-dessus indiquée, on maintient la tension débitée par le générateur dans une gamme allant, par exemple, de 1),3 Volts à chaud à 14,7 Volts à froid. I1 en résulte qutà froid la batterie est donc incomplètement chargée puisque la tension débitée par le générateur ne peut monter à 16 Volts et que, par contre, à chaud, la batterie est surchargée puisque la tension de réglage dépasse 12 Volts ; on fait cependant en sorte que la surcharge soit limitée pour éviter un emballement de la batterie, phénomène qui se produit si le dégagement de chaleur dans la batterie est plus important que l'évacuation de chaleur possible hors de ladite batterie. On est donc amené à réaliser un régulateur de tension limitant la tension de sortie débitée par le générateur à une valeur variable en fonction de la température. La présente invention a pour but de décrire un régulateur électronique de tension permettant de maintenir à une valeur prédéterminée, fonction de la température entre deux limites prédéterminées, la tension de sortie d'un alternateur destiné en particulier à l'alimentation électrique des véhicules automobiles. La présente invention a également pour but de décrire un régulateur, dont la tension de régulation est fonction de la température ambiante mais se trouve pratiquement insensible aux variations de température du support sur lequel se trouvent fixés ses composants, en particulier lorsqu il staJit de l'alternateur auquel il convient d'appliquer la régulation de tension en cause. La présente invention a enfin pour but de décrire un régulateur électronique, dont la tension de régulation peut titre ajustée avec précision, malgré les larges tolérances existant pour les composants électroniques dudit régulateur, tels qu'on les trouve dans le commerce. La présente invention a pour objet le produit industriel nouveau que constitue un régulateur électronique destiné à maintenir, dans une gamme prédéterminée, une tension de sortie précise en fonction de la température pour un alternateur utilisable, en particulier, pour l'alimentation électrique des véhicules automobiles, ledit régulateur étant branché en parallèle sur les bornes de sortie dudit alternateur, alimentant, par tout ou rien, l'en- roulement d'excitation dudit alternateur par l'intermédiaire d'un transistor de puissance et étant constitué de composants électroniques fixés sur une plaquette, caractérisé par le fait que la plaquette est disposée à l'intérieur d'un bottier bon conducteur de la chaleur comportant extérieurement des ailettes de refroidissement et noyée dans une résine plastique telle qu'une résine thermodurcissable, et que le transistor de puissance est mis en contact avec une partie du bottier par l'intermédiaire d'une rondelle isolante très mince. Dans un mode préféré de réalisation, le régulateur selon l'invention comporte un pont diviseur, qui permet d'appliquer la tension de sortie de l'alternateur à un détecteur de seuil, ledit pont comprenant une résistance bobinée à fil nu soudable, ajustée à une valeur correspondant à la tension désirée pour le régulateur par l'intermédiaire d'un fil rigide de faible section ; le boitier du régulateur est fixé sur un flasque d'extrémité de l'alternateur, avec lequel coopère le régulateur, la fixation s'effectuant avec interposition de rondelles d'espacement, de préfé rence en matériau isolant thermique, le boTtier étant placé en regard d'un évidement de ventilation du flasque ; la base du transistor de puissance alimentant l'enroulement d'excitation de l'al- ternateur est reliée à émetteur d'un autre transistor, ces deux transistors fonctionnant selon un montage du type "Darlington" ; le pont diviseur permettant d'appliquer la tension de sortie de l'alternateur au détecteur de seuil comporte, dans au moins une de ses branches, un condensateur et une thermistance. La présente invention a également pour objet un procédé de réglage-du régulateur qui vient autre décrit, ce procédé permettant d'établir avec précision, pour une température donnée, la tension de régulation indépendamment des tolérances relatives aux caractéristiques des composants électroniques du régulateur, caractérisé par le fait qu'on alimente le régulateur avec une tension stabilisée égale à la tension de régulation désirée, ladite alimentation remplaçant les bornes de sortie de l'alternateur auxquelles doit titre associé le régulateur ; que l'on dispose, entre les bornes de sortie du régulateur, un disposi- tif signalisateur, sonore ou optique par exemple, et que l'on fait varier la valeur de la résistance réglable du pont diviseur Jusqu t d établir ou supprimer l'alimentation du dispositif signalisateur. Il est important de souligner que la présence d'un condensateur dans une des branches du pont diviseur introduit une constante de temps dans les réactions du détecteur de seuil ce qui limite la fréquence des coupures du courant d'excitation de l'alternateur. La valeur de la capacité utilisée ne doit titre ni trop grande, ce qui entratnerait une fréquence de coupures trop lente et par conséquent de trop grosses variations dans la tension de sortie de l'alternateur, ni trop faible ce qui entraSnerait une fréquence de coupures trop grande et serait préjudiciable à la durée de vie des transistors commandés par le détecteur de seuil.Par ailleurs, l'existence, dans l'une des branches du pont diviseur d'une thermistance permet de faire varier la tension de sortie de l'alternateur en fonction de la température ambiante. La variation de la tension de régulation n'est pratiquement pas sensible à la variation de température du support du boftier du régulateur, car le boTtier est placé dans le courant d'air de ventilation de l'alternateur, et n'est pas en contact thermique avec le flasque d'alternateur sur lequel il est fixé. Dans ces conditions, le boTtier du régulateur est uniquement entouré par l'air de refroidissement et sa température ne varie pas en fonction de la température de l'alternateur, mais uniquement en fonction de la température ambiante : il en résulte que la variation de la thermistance s'effectue bien uniquement en fonction des variations de température ambiante, ce qui était le but recherché comme on l'a expliqué pré cédemment. Enfin, malgré les larges tolérances existant sur les caractéristiques des composants électroniques, la présence d'une résistance continument réglable dans l'une des branches du pont diviseur permet d'obtenir avec précision la tension de régulation désirée pour une température donnée. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin : - la figure 1 représente, en perspective éclatée, le régulateur électronique selon l'invention constitué d'une plaquette porteuse de composants électroniques et d'un bottier ; - la figure 2 représente, en perspective, le bottier mis en place sur un flasque d'extrémité d'alternateur, la vue étant réalisée à partir de l'axe de l'alternateur ; - la figure 3 représente le schéma électrique de cEblage du régulateur selon l'invention. En se référant au dessin, on voit que l'on a désigné par 1 la plaquette isolante sur laquelle sont disposés les différents composants électroniques du régulateur selon l'invention. La plaquette 1 est destinée à entre insérée dans un bottier désigné par 2 dans son ensemble. Le bottier 2 a une forme sensiblement parallélipipédique ; il comporte extérieurement, sur deux de ses faces, des ailettes de refroidissement 3 ; il est réalisé en aluminium fondu. De part et d'autre du bottier 2 sont disposées deux pattes triangulaires de fixation 4 comportant des orifices 5 venus de moulage. Le bottier 2 a l'une de ses faces entièrement libre, ce qui permet l'accès à l'intérieur du bottier; par cette face, on introduit la plaquette 1 qui coulisse dans deux rainures 6a, 6b pratiquées en vis-à-vis l'une de l'autre dans les parois latérales du bottier. Lorsque l'on a mis en place la plaquette 1 à l'intérieur du bottier 2, le fil 7 comportant les différents conducteurs de connexion du régulateur sort à l'extérieur par la face libre du bot- tier ; l'un des composants électroniques 21 portés par la plaquette 1 comporte, dans sa zone centrale, un orifice à travers lequel peut passer une vis 9 qui vient coopérer avec un filetage prévu à cet effet à ltintérieur du bottier. La vis 9 permet d'appliquer le composant 21 contre la paroi du bottier, une rondelle isolante très mince étant interposée entre le bottier et le composant 21, et une rondelle élastique entre la vis 9 et ledit composant 21. La vis permet, en m&commat;e temps, de fixer la plaquette 1 à l'intérieur du boTtier.On remplit alors le bottier 2 d'une résine thermo-durcissable telle que le polyuréthane Lorsque le régulateur est ainsi réalisé, on le fixe sur le flasque d'extrémité 10 d'un alternateur désigné par 11 dans son ensemble. La fixation est réalisée de façon que le bottier se trouve en vis-à-vis d'un orifice d'entrée d'air pratiqué dans le flasque 10 et destiné à la ventilation de l'alternateur 11. La fixation du boTtier 2 sur le flasque 10 s'effectue au moyen de deux vis 12, qui traversent les orifices 5 et viennent coopérer avec des fileta- ges en attente pratiqués dans le flasque 10.Entre la paroi du boT- tier et le flasque 10, on interpose des rondelles d'espacement 13, réalisées en papier bakélisé. Les rondelles 13 constituent un iso- lant thermique et permettent à l'air de ventilation d'entourer complètement le boTtier 2. I1 convient de remarquer que, sur la figure 2, le bottier 2 a été représenté mis en position sans que le remplissage de résine thermo-durcissable ait été effectué pour que le dessin soit plus représentatif. La figure 3 représente le schéma de câblage du régulateur selon l'invention. Le détecteur de seuil du régulateur est constitué par une diode Zener 14 dont l'entrée 15 constitue la séparation des deux branches d'un pont diviseur. Sur la branche du pont diviseur qui est reliée à la masse, branche qui constitue la polarité négative, on trouve en parallèle une résistance 16 de 91 ohms et une thermistance 17 ayant une valeur de 270 ohms à une température de 200C et un coefficient de variation de 1800. Sur l'autre branche du pont diviseur, on trouve, en parallèle, unycondensateur 18 de 0,15 tF et une résistance constituée d'une résistance 19 de 220 ohms en série avec une résistance réglable 20 d'une valeur maximum de 150 ohms.La résistance 20 est constituée d'un fil de constantan bobiné sur un cylindre de céramique ; l'une des bornes de la résistance est constituée par l'une des extrémités du fil de constantan, et l'autre borne de la résistance est liée à un fil de cuivre étamé de 0,4 mm de section destiné à titre soudé enun point de l'enroulement du fil de constantan. La diode Zener 14 a sa sortie reliée à la base d'un transistor 8 ; une résistance de polarisation 22 de 1,2 k Q relie la base du transistor 8 à l'alimentation positive 23. Le transistor 8 est un transistor " P N P" ; son émetteur est relié à l'alimentation positive 23 ; son collecteur est relié à la base d'un tran sistor " P N P"/24, une résistance de polarisation 25 de 1 K rL étant interposée entre l'alimentation négative et la base du transistor 24. L'émetteur du transistor 24 est relié à la base d'un transistor "P N P" 21 dont l'émetteur est relié à l'alimentation positive 23 et dont le collecteur est relié à l'une des extrémités de ltenroulement d'excitation 27 de l'alternateur 11, auquel est associé le régulateur selon l'invention.Aux bornes de l'enroule- ment d'excitation 27 se trouve une diode 28. Les bornes de sortie de l'alternateur 11 ont été désignées par lla pour la borne négative et llb pour la borne positive. Aux bornes de l'alternateur 11 se trouvent branchés en parallèle, d'une part, la batterie 29 du véhicule, sur lequel est monté l'alternateur 11, et, d'autre part, le circuit d'utilisation 30 comprenant, par exemple, les lampes des projecteurs d'éclairage du véhicule. Lorsque la tension aux bornes de l'alternateur 11 dépasse la valeur de régulation prédéterminée, la diode Zener 14 devient passante, la base du transistor 8 est polarisée négativement, de sorte que le transistor 8 conduit le courant, ce qui polarise positivement la base du transistor 24. Le transistor 24 n'est pas conducteur, de sorte que la base du transistor 21 est polarisée positivement. Le transistor 21 n'est donc plus conducteur, ce qui coupe l'alimentation de l'enroulement d'excitation 27. La chute du courant dans cet enroulement d'excitation est freinée par le fait que l'extra-courant de rupture peut traverser la diode 28. La chute du courant d'excitation entraîne une chute de la tension de sortie de l'alternateur 11. Inversement, lorsque la tension de sortie de l'alternateur 11 diminue, la diode Zener 14 n'est plus passante, la base du transistor 8 est polarisée positivement, le transistor 8 ntest plus conducteur, la baste du transistor 24 est polarisée négativement, le transistor 24 est conducteur, la base du transistor 21 est po polarisée négativement et le transistor 21 devient conducteur : il en résulte que l'enroulement d'excitation 27 est à nouveau alimente On voit donc que l'on obtient au moyen du circuit électronique, qui vient autre décrit, un hachage du courant d'excitation de l'alternateur. La présence du condensateur 18 permet de limiter la fréquence de hachage en introduisant une constante de temps dans les variations de potentiel de ltentrée de la diode Zener 14. On évite ainsi, par un choix judicieux de la valeur de la capacité du condensateur 18, d'une part, une trop grande fréquence de commutation sur les transistors du circuit, ce qui entrainerait des risques de détérioration, et, d'autre part, une trop grande variation de la tension de sortie de l'alternateur 11 autour de sa valeur moyenne. La présence de la thermistance 17 permet de faire varier le rapport des résistances dans le pont diviseur en fonction de la température de ladite thermistance.Etant donné que le solfier 2 est placé dans l'entrée d'air de ventilation de l'alternateur 11, la température de la thermistance 17 est celle de l'air ambiant, qui assure la ventilation de l'alternateur 11 ; la présence des rondelles d'espacent 13 évite que le réglage soit fonction de la température de l'alternateur lui-même, bien que le soutier 2 soit fixé sur le flasque 10. Tous les composants électroniques, qui interviennent dans le circuit qui vient d'être décrit, ont des tolérances de caractéristiques relativement importantes, en particulier la diode Zener 14. Pour rd ler avec précision la tension de régulation, que l'on peut obtenir à une température donnée avec le régulateur selon l'invention, quelles que soient les tolérances sur les caractéristiques des divers composants électroniques, on règle la valeur de la résistance 20 en déplaçant sur le fil de constantan bobiné un fil de cuivre lié à la borne de sortie de la résistance 20.Le ré lae s'effectue en alimentant le circuit par les conducteurs 23 et 26 au moyen d'une tension stabilisée égale à la tension de réÒu- lation désirée pour la température considérée, et en remplaçant l'enroulement d'excitation 27 par un dispositif signalisateur tel qu'une sonnette. On fait alors varier la résistance réglable en déplaçant le fil de cuivre sur ltenroulement de constantan jusqu'à ce que la sonnette retentisse et, à ce moment, on soude le fil de cuivre sur l'enroulement de constantan. Le régulateur, qui vient d'être décrit, est d'un prix de revient peu élevé, d'une grande précision quant à la tension de ré Óulation obtenue et d'une grande fiabilité. Par ailleurs, commue il a été expliqué, la tension de régulation peut être fonction de la température ambiante, ce qui est hautement désirable pour les alternateurs fournissant l'alimentation électrique des véhicules automobiles. I1 est bien entendu que le mode de réalisation ci-dessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désiraoles, sans sortir pour cela du cadre de l'invent ion. REVENDICATIONS 1 - Régulateur électronique destiné à maintenir, dans une gamme prédéterminée, une tension de sortie précise en fonction de la température pour un alternateur utilisable, en particulier, pour l'alimentation électrique des véhicules automobiles, ledit régulateur étant branché en parallèle sur les bornes de sortie dudit alternateur, alimentant, par tout ou rien, l'enrou- lement d'excitation dudit alternateur par l'intermédiaire d'un transistor de puissance et étant constitué de composants électroniques fixés sur une plaquette, caractérisé par le fait que la plaquette est disposée à l'intérieur d'un boTtier bon conducteur de la chaleur comportant extérieurement des ailettes de refroidissement et noyée dans une résine plastique telle qu'une résine thermodurcissable, et que le transistor de puissance est mis en contact avec une partie du boTtier par l'intermédiaire d'une rondelle isolante très mince. 2 - Régulateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un pont diviseur permet d'appliquer la tension de sortie de l'alternateur à un détecteur de seuil, ledit pont comportant une résistance bobinée à fil nu soudable, ajustée à une valeur correspondant à la tension désirée pour le régulateur par l'intermédiaire d'un fil rigide de faible section. 3 - Régulateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le bottier est fixé sur un flasque d'extrémité de l'alternateur, avec lequel coopère le régulateur, la fixation s'effectuant avec interposition de rondelles d'espacement, de préférence en matériau isolant thermique, le boTtier étant placé en regard d'un évidement de ventilation du flasque. 4 - Régulateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la base du transistor de puissance alimentant l'enroulement d'excitation de l'alternateur est reliée à l'émet- teur d'un autre transistor, ces deux transistors fonctionnant selon un montage du type "Darlington". 5 - Régulateur suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le pont diviseur permettant d'appliquer la tension de sortie de l'alternateur au détecteur de seuil comporte, dans au moins une de ses branches, un condensateur et une thermistance. 6 - Procédé de réglage du régulateur selon l'une des revendications 1 à 5, ce procédé permettant d'établir avec préci sion, pour une température donnée, la tension de régulation indépendamment des tolérances relatives aux caractéristiques des composants électroniques du régulateur, caractérisé par le rait qu'on alimente le régulateur avec une tension stabilisée égale à la tension de régulation désirée, ladite alimentation remplaçant les bornes de sortie de l'alternateur auxquelles doit Etre associé le régulateur ; que l'on dispose, entre les bornes de sortie du régulateur, un dispositif signalisateur, sonore ou optique par exemple, et que lton fait varier la valeur de la résistance réglable du pont diviseur jusqu'à établir ou supprimer l'alimentation du dispositif signalisateur.