Brevet FR2471078A1 — publié le 19810612

La présente invention concerne de façon générale le système électrique d'un véhicule automobile et elle porte plus particulièrement sur les circuits régulateurs de tension de ces systèmes. Les régulateurs de tension de véhicule automobile qui sont utilisés à l'heure actuelle sont essentiellement des circuits à une seule fonction qu'on emploie pour réguler la tension de sortie de l'alternateur du véhicule afin de la maintenir dans une bande étroite de tensions correspondant à la tension nominale de la batterie, lorsque le courant absorbé par les circuits d'utilisation varie. On peut dire de façon simple que le régulateur module le courant d'exci- tation de l'alternateur en fonction de la tension réelle de la batterie, qui est continuellement détectée pour maintenir la tension nominale. On a réalisé des systèmes qui emploient les alter- nateurs de véhicule pour fournir une puissance relativement élevée, à une tension supérieure à la normale, à ces cir- cuits d'utilisation tels que des outils à moteur et des fils chauffants à résistance noyés dans la matière d'une vitre, pour le dégivrage du pare-brise. Pour fournir cette puissan- ce élevée, on augmente habituellement la tension de sortie de l'alternateur. Selon une technique, on réalise ceci en déconnectant temporairement de l'alternateur le régulateur et le circuit d'utilisation normal du véhicule automobile, la batterie fournissant pendant cette durée le courant qu'absorbe le circuit d'utilisation. Dans les systèmes réalisés plus récemment, on emploie une double régulation de la tension de sortie de l'alternateur, cette tension étant régulée à la fois en fonction d'une tension d'alternateur notablement élevée et en fonction de la tension auxbornes de la batterie. La réalisation de cette double régulation de tension a nécessité de revoir la conception des circuits régulateurs de tension. Les circuits correspondant à cette nouvelle conception donnent généralement satisfaction, mais les modifications de circuit nécessaires imposent l'emploi de nouveaux composants de régulateur et interdisent l'utili- sation ou l'adaptation des régulateurs de tension classiques existants, lorsqu'on doit effectuer une double régulation. L'invention porte sur un système électrique de véhicule automobile comprenant un alternateur de véhicule qui est employé pour alimenter une batterie et un circuit d'utilisation classiques. Cet alternateur comporte un enroulement d'excitation qui est branché à un régulateur de tension classique, le régulateur et l'alternateur définissant conjointement un circuit de courant d'excitation dans lequel circule un courant d'excitation qui est modulé par le régu- lateur classique afin de réguler normalement la tension de sortie de l'alternateur conformément à une tension de réfé- rence de la batterie. Conformément à l'invention, il existe un circuit d'interface de régulateur de tension qui régule en outre la tension de sortie de l'alternateur conformément à une tension de référence supplémentaire, et ce circuit d'interface comprend: un dispositif de commutation de commande de courant qui est branché dans une partie appro- priée du circuit de courant d'excitation, à l'extérieur de l'alternateur et du régulateur classique, de façon à assurer une commande supplémentaire du courant d'excitation, et des moyens de commande qui réagissent à une tension variable qui est fonction de la tension de sortie de l'alternateur et de la tension de référence supplémentaire, de façon à pro- duire un signal de commande qui actionne le dispositif de commande de courant, grâce à quoi une régulation supplémen- taire de la tension de sortie de l'alternateur, conformément à la tension de référence supplémentaire, peut être super- posée à la régulation normale de la tension de sortie de l'alternateur. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent respectivement: Figure 1: un schéma d'un circuit d'interface de régulateur de tension branché dans un système électrique d'un véhicule automobile et correspondant à un premier mode de réalisation de l'invention. Figure 2 un schéma du circuit d'interface de l'invention qui montre un branchement dans le système élec- trique d'un véhicule automobile, conformément à un second mode de réalisation de l'invention. Figure 3: un schéma qui montre le branchement du circuit d'interface de l'invention conformément à un troi- sième mode de réalisation de l'invention. Figure 4: un schéma qui montre le branchement du circuit d'interface de l'invention conformément à un quatriè- me mode de réalisation de l'invention. On va maintenant considérer la figure 1 qui représente un schéma d'un circuit d'interface de régulateur de tension 2 qui est incorporé, conformément à un premier mode de réalisation de l'invention, dans un système électri- que de véhicule automobile qui est constitué par des compo- sants par ailleurs classiques. Le système électrique comprend un alternateur électrique 4 de type classique, à quatre bor- nes, et un régulateur de tension 6, de type classique à trois bornes. Le système comprend également une batterie de véhicule 8 et un circuit d'utilisation classique à courant continu, 10, du véhicule automobile. Le circuit 10 est représenté sous la forme d'un sous-ensemble et il représente des composants d'utilisation tels que le système d'allumage, les lampes, la radio, les ventilateurs, etc. La figure montre également, à titre de partie du système électrique, un élément chauffant résistif 12 qui est destiné à être ali- menté par l'alternateur 4 avec des tensions relativement élevées, comme par exemple dans un but de dégivrage. Dans ce but, l'élément chauffant 12 est de façon caractéristique noyé dans le pare-brise du véhicule. Il peut également exis- ter des éléments résistifs supplémentaires pour la vitre arrière ou d'autres vitres du véhicule. Le circuit d'inter- face de régulateur de tension 2 assure l'interface avec le branchement normal de l'alternateur et du régulateur de ten- sion classiques afin d'assurer une régulation supplémentaire de la tension de sortie de l'alternateur, par exemple lorsqu'on fait fonctionner ce dernier à tension élevée pour alimenter l'élément chauffant. L'alternateur 4 est représenté schématiquement sous une forme simplifiée qui comprend des enroulements de stator 14, branchés en triangle, auxquels est intégré un réseau de diodes comprenant des diodes 16; un enroulement d'excitation de rotor 18, une borne de sortie 20, une borne d'enroulement d'excitation à tension élevée 22, une borne d'enroulement d'excitation à tension basse 24 et une borne de masse 26. L'alternateur fonctionne de la manière suivan- te: le courant circulant dans l'enroulement d'excitation 18, qui est entraîné en rotation par l'arbre du moteur, induit dans les enroulements de stator 14 une tension alter- native qui est proportionnelle à l'intensité du courant d'excitation et à la vitesse de rotation de l'arbre. Cette tension alternative est redressée par le réseau de diodes pour apparaître sous la forme d'une tension pratiquement continue sur la borne de tension de sortie 20. La borne de sortie 20 est branchée à un disposi- tif de commutation 28, représenté schématiquement sous la forme d'un commutateur mécanique comportant un contact mobile et deux contacts fixes 30 et 32. Lorsque le contact mobile est placé sur le contact 30, ce qui correspond à la position normale du commutateur, la sortie de l'alternateur est branchée à une borne de tension élevée 34 de la batte- rie 8 et au circuit d'utilisation à courant continu 10 du véhicule automobile, pour fournir du courant à ces compo- sants. Lorsque le contact mobile est placé sur le contact 32, on utilise l'alternateur pour alimenter un élément chauffant résistif 12 pendant une durée de chauffage limi- tée au cours de laquelle la batterie fournit le courant que demande le circuit d'utilisation. Le régulateur de tension 6 est représenté schéma- tiquement sous une forme simplifiée qui comprend une borne de détection de tension 36, une borne de courant d'excita- tion 38 et une borne de masse 40. Le collecteur d'un premier transistor NPN 42 est branché à la borne 38 et à l'anode d'une diode 44 branchée en sens direct, et l'émetteur de ce transistor est branché à la borne 40 et à l'émetteur d'un second transistor NPN 46. Le collecteur du transistor 46 est branché directement à la base du transistor 42 et il est branché par l'intermédiaire d'une résistance de polari- sation 37 à la borné 36 et aux cathodes de la diode 44 et d'une diode de référence de tension 48, polarisée en sens inverse, dont l'anode est branchée à la base du transistor 46. La tension de claquage de la diode 48 définit une ten- sion de référence de batterie qui est de façon caractéristi- que de 14,4 V. La borne 36 est reliée à la borne 22 de l'alternateur au niveau d'un point de connexion 50 qui, con- formément à ce mode de réalisation de l'invention, est relié par le circuit d'interface 2 à la borne de tension élevée 34 de la batterie. La borne 38 est reliée à la borne 24 de l'alternateur et la borne 40 est reliée à la masse du circuit. De façon générale, lorsque la tension qui est appliquée sur la borne d'entrée 36 est inférieure à la ten- sion de claquage de la diode de référence 48, le transistor 46 est bloqué et le transistor 42 conduit le courant d'exci- tation qui circule dans l'enroulement d'excitation, pour produire une tension de sortie sur la borne de sortie 20. Le courant d'excitation est égal au quotient de la tension effective moyenne aux bornes de l'enroulement d'excitation par la résistance de l'enroulement d'excitation. Lorsque la tension sur la borne d'entrée 36 dépasse la tension de cla- quage de la diode de référence, ce qui provoque la conduc- tion du transistor 46 et le blocage du transistor 42, le courant d'excitation passe pratiquement à zéro et la tension de sortie est alors pratiquement nulle. Le réseau de diodes de l'alternateur évite qu'un courant de décharge circule de la batterie vers l'alternateur. En fonctionnement réel, le système régulateur classique est conçu de façon à pré- senter une caractéristique d'hystérésis afin que la conduc- tion du transistor 42 soit commandée avec un rapport cycli- que qui est fonction de la différence entre la tension que détecte le régulateur et la tension de référence de la batterie, ce qui a pour effet de commander l'intensité du courant d'excitation. La diode 44 est une diode de suppres- sion des transitoires qui est destinée à absorber le courant d'excitation transitoire qui apparaît lorsque le transistor 42 est momentanément bloqué, du fait que l'enroulement d'excitation de l'alternateur est fortement inductif et que le courant d'excitation ne peut pas changer instantanément. De façon classique, la constante de temps inductive du cou- rant d'excitation commande le rapport cyclique du transistor 42 et lisse la forme du courant de sortie de l'alternateur. Le circuit d'interface de régulateur de tension 2 comprend un dispositif de commande de courant d'excitation se présentant sous la forme d'un dispositif de commutation fermé au repos 52 qui, dans le mode de réalisation considé- ré, est un interrupteur mécanique comportant un contact mobile 54 et un contact fixe 56 qui relient le point de connexion 50 à la borne 34. On peut voir que le dispositif de commutation 52 est branché dans le circuit de courant d'excitation qui va de la borne 34 à la masse en passant par l'enroulement d'excitation 18 et le transistor 42. Le circuit d'interface comprend en outre un réseau de généra- tion de signal de commande 58 destiné à actionner le dispo- sitif de commutation, qui comprend deux transistors NPN 60 et 62, une diode de référence de tension 64 polarisée en sens inverse et une bobine de relais 66. L'anode de la diode de référence 64 est branchée à la borne de sortie 20 et sa cathode est branchée à la base du transistor 60, et cette diode fournit une seconde tension de référence qui, dans le mode de réalisation considéré, contribue à réguler la ten- sion de sortie élevée de l'alternateur pendant l'alimenta- tion de l'élément chauffant 12. Cette tension de référence a une valeur caractéristique de 40 V. Les émetteurs des transistors 60 et 62 sont réunis et branchés à la masse et leurs collecteurs sont réunis et branchés à la borne 34 par l'intermédiaire de la bobine de relais 66. On peut appli- quer un signal de neutralisation sur la base du transistor 62 pour exercer une commande prioritaire de l'alternateur. Le circuit d'interface 2 assure une seconde régu- lation de la tension de sortie de l'alternateur, conformé- ment à la tension de référence de la diode de référence 64, cette régulation étant superposée sur celle qu'assure le régulateur de tension classique 6. Ceci à l'avantage d'assu- rer cette régulation supplémentaire au moyen d'un ajout au système électrique du véhicule automobile, ce qui permet d'utiliser des composants classiques, c'est-à-dire disponi- bles, pour le régulateur de tension et l'alternateur, sans nécessiter la moindre modification à leurs circuits internes. Selon une variante, le dispositif de commutation 52 peut se présenter sous la forme d'un élément de commuta- tion à semiconducteur, comme un transistor à effet de champ ou un transistor bipolaire. La principale exigence est que le dispositif présente une impédance extrêmement faible et une chute de tension négligeable lorsqu'il est à l'état fermé ou conducteur. Lorsqu'on emploie un élément de commu- tation à semiconducteur, on peut facilement modifier le réseau de commande de façon qu'il fournisse une tension de commande appropriée pour actionner le dispositif lorsqu'il s'agit d'un transistor à effet de champ, et de façon qu'il fournisse un courant de commande approprié pour actionner le dispositif, lorsqu'il s'agit d'un transistor bipolaire. Dans le mode de réalisation de la figure 1, lorsque le contact mobile du commutateur 28 est placé sur le contact 30, le régulateur de tension classique 6 régule la tension de sortie de l'alternateur conformément à la tension de référence de la batterie, comme décrit précédem- ment. Dans ces conditions, l'application à la diode de réfé- rence 64 du réseau de commande 58 de la tension qui résulte de la détection de la tension de sortie de l'alternateur ne provoque pas le claquage de la diode et le transistor 60 est bloqué. L'interrupteur 52 demeure à l'état fermé. Lorsque le contact mobile du commutateur 28 est placé sur le contact 32 de façon à alimenter l'élément chauffant 12, le circuit d'interface régule la tension de sortie de l'alternateur conformément à la tension de référence de la diode 64. A ce moment, la tension de la batterie qui est appliquée sur la borne d'entrée du régulateur de tension 6 est normalement inférieure à la tension de claquage de la diode de référence 48, ce qui place le transistor 42 à l'état conducteur. Lorsque la tension de sortie de l'alter- nateur, sur la borne 20, est inférieure à la tension de claquage de la diode de référence 64, le transistor 60 est à l'état bloqué de façon à maintenir l'interrupteur 52 fermé. 2 4 7 10 7 8 Le courant d'excitation circule alors dans l'interrupteur 52, l'enroulement d'excitation 18 et le transistor 42 pour augmenter la tension de sortie de l'alternateur. Lorsque la tension sur la borne 20 dépasse la tension de claquage de la diode 64, le transistor 60 devient conducteur, ce qui fait circuler un courant dans la bobine de relais 66. Ceci ouvre l'interrupteur 52 de façon à interrompre pratiquement le courant d'excitation, tandis que la diode de suppression des transitoires 44 conduit le courant d'excitation transitoire. Lorsque la tension de sortie de l'alternateur tombe à nou- veau au-dessous de la tension de référence de la diode 64, le transistor 60 se bloque à nouveau et l'interrupteur 52 se ferme. Le circuit d'interface fonctionne d'une manière similaire à celle décrite précédemment en relation avec le régulateur de tension classique, et la bobine de relais con- tribue à donner une caractéristique d'hystérésis définissant des niveaux de courant de conduction et de blocage légère- ment différents. Le dispositif de commutation 52 fonctionne ainsi avec un rapport cyclique qui est fonction de la diffé- rence entre la tension de sortie de l'alternateur que détecte le réseau 58 et sa tension de référence, afin de commander l'intensité du courant d'excitation. On peut employer l'opération de neutralisation du transistor 62 à titre de commande externe de la tension de sortie de l'alternateur, ce qui peut être utile pour n'importe quelles raisons rendant souhaitable de réduire à zéro le courant d'excitation et/ou la tension de sortie de l'alternateur. Dans le système de la figure 1, la tension de sortie de l'alternateur est commutée entre la batterie et l'élément chauffant à tension élevée et, bien que la régula- tion de tension du circuit d'interface 2 soit superposée à celle du régulateur de tension classique 6, les deux circuits fonctionnent pratiquement de façon séquentielle. Cependant, dans certains systèmes électriques de véhicule automobile, la tension de sortie de l'alternateur peut être appliquée à la batterie et au circuit d'utilisation par l'intermédiaire d'un élément chauffant branché en série, pour alimenter simultané- ment ces composants. Dans un tel cas, il peut être souhaitable de réaliser une double régulation de la tension de sortie de l'alternateur, en faisant en sorte que les tensions de détec- tion soient simultanément transmises à partir de la batterie et directement à partir de la borne de sortie de l'alterna- teur. Lorsqu'on emploie le circuit d'interface de l'invention dans des systèmes de ce type, dans lesquels la tension de la batterie est appliquée au régulateur de tension classique et la tension de sortie élevée de l'alternateur est appliquée au circuit d'interface, les deux circuits fonctionnent pra- tiquement simultanément. Le dispositif de commutation du circuit d'interface peut être branché dans d'autres parties du circuit de courant d'excitation et il peut être actionné de façon à accomplir une fonction identique à celle décrite en relation avec la figure 1. La figure 2 montre ainsi un second mode de réalisa- tion de l'invention dans lequel le dispositif de commutation 52a du circuit d'interface 2a placé sous la commande du réseau 58a, représenté par un sous-ensemble, est branché entre la borne 40 du régulateur de tension classique et la masse. Dans les situations dans lesquelles le régulateur de tension classique est normalement monté sur le châssis du véhicule par sa borne commune 40, on doit prévoir un montage approprié du fait que la borne commune n'est plus accessible pour une connexion de masse fixe. La structure, les inter- connexions et le fonctionnement des composants de la figure 2 sont par ailleurs identiques à ceux des composants portant les numéros de référence correspondants sur la figure 1, et il n'est donc pas nécessaire de les décrire davantage. La figure 3 représente un troisième mode de réali- sation de l'invention qui montre une autre partie du circuit de courant d'excitation dans laquelle on peut brancher le dispositif de commutation pour réaliser une fonction identi- que à celle décrite pour la figure 1. Dans ce mode de réali- sation, le dispositif de commutation 52b du circuit d'inter- face 2b, sous la commande du réseau 58b, est branché entre le point de connexion 50 et la borne d'excitation à tension élevée 22 de l'alternateur 4. Les composants du circuit sont ici encore les mêmes que sur la figure 1. Cependant, ce branchement nécessite également le branchement d'une diode supplémentaire de suppression des transitoires, 68, en parallèle sur l'enroulement d'excitation 18, pour laisser circuler les courants d'excitation transitoires, du fait qu'on ne dispose plus d'un chemin de courant fermé compre- nant la diode de suppression des transitoires 44 du régula- teur. La figure 4 montre un quatrième mode de réalisa- tion de l'invention dans lequel le dispositif de commutation 52c du circuit d'interface 2c, sous la commande du réseau 58c, est branché entre la borne d'excitation à tension basse 24 de l'alternateur et la borne d'excitation 38 du régula- teur. Comme sur la figure 3, ce mode de réalisation nécessite le branchement d'une diode de suppression des transitoires, 68, en parallèle sur l'enroulement d'excitation 18. La structure du circuit et son fonctionnement sont par ailleurs identiques à ceux des modes de réalisation précédents. REVENDICATIONS 1. Circuit d'interface pour régulateur de tension, associé à un alternateur de véhicule qui est employé pour alimenter une batterie et un circuit d'utilisation classiques, cet alternateur comportant un enroulement d'excitation qui est branché à un régulateur de tension classique établissant, en association avec l'alternateur, un circuit de courant d'excitation dans lequel circule un courant d'excitation qui est modulé par le régulateur classique, afin de réguler nor- malement la tension de sortie de l'alternateur conformément à une tension de batterie de référence, ce circuit d'inter- face pour régulateur de tension ayant pour but d'établir une régulation supplémentaire de la tension de sortie de l'alter- nateur conformément à une tension de référence supplémentai- re, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un dispositif de commande de courant qui est branché dans le circuit de cou- rant d'excitation, à l'extérieur de l'alternateur et du régulateur classique, pour réaliser une commande supplémen- taire du courant d'excitation, et (b) des moyens de commande qui réagissent à une tension variable qui est fonction de la tension de sortie de l'alternateur en produisant un signal de commande qui actionne le dispositif de commande de courant, grâce à quoi une régulation supplémentaire de la tension de sortie de l'alternateur, conformément à la tension de réfé- rence supplémentaire, peut être superposée à la régulation normale de la tension de sortie de l'alternateur. 2. Circuit d'interface pour régulateur de tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que le disposi- tif de commande de courant est un dispositif de commutation qui effectue une modulation supplémentaire du courant d'excitation en fonction du signal de commande. 3. Circuit d'interface pour régulateur de tension selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de courant d'excitation comprend une borne commune du régu- lateur classique et le dispositif de commande de courant est branché entre cette borne commune et un point-commun du cir- cuit d'interface. 247 1078 4. Circuit d'interface pour régulateur de tension selon la revendication 3, caractérisé en ce que le disposi- tif de commande de courant comprend une paire de contacts mécaniques fermés au repos et les moyens de commande produi- sent un courant de commande sous l'effet du signal de commande pour actionner ces contacts afin de les commuter entre leurs positions ouvertes et fermées. 5. Circuit d'interface pour régulateur de tension selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un dispositif à semiconducteur et des moyens de comparaison qui comparent la tension de sortie variable de l'alternateur et la tension de référence supplé- mentaire, ce dispositIf à semiconducteur produisant le signal de commande sous la dépendance du signal de sortie des moyens de comparaison. 6. Circuit d'inter-face pour régulateur de tension selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de courant d'excitation comprend une borne d'excitation à tension élevée de l'alternateur qui est reliée par un point de connexion à une borne d'entrée du régulateur classique, et le dispositif de commande de courant est branché dans la partie du circuit de courant d'excitation qui se trouve entre le point de connexion et la batterie. 7. Circuit d'interface pour régulateur de tension selon la revendication 6, caractérisé en ce que le disposi- tif de commande de courant comprend une paire de contacts mécaniques fermés au repos et les moyens de commande produi- sent un courant de commande sous l'effet du signal de commande pour actionner ces contacts afin de les commuter entre leurs positions ouvertes et fermées. 8. Circuit d'interface pour régulateur de tension selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un dispositif à semiconducteur et des moyens de comparaison qui comparent la tension de sortie variable de l'alternateur et la tension de référence supplé- mentaire, ce dispositif semiconducteur produisant le signal de commande sous la dépendance du signal de sortie des moyens de comparaison. 9. Circuit d'interface pour régulateur de tension selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de courant d'excitation comprend une borne à tension élevée de l'alternateur qui est reliée au point de connexion entre la batterie et une borne d'entrée du régulateur classique le dispositif de commande de courant est branché dans la partie du circuit de courant d'excitation qui se trouve entre ce point de connexion et la borne à tension élevée et le circuit d'interface comporte en outre une diode de suppression des transitoires qui est branchée en parallèle sur l'enroulement d'excitation pour conduire les courants d'excitation transitoires pendant le fonctionnement du dis- positif de commande de courant. 10. Circuit d'interface pour régulateur de tension selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un dispositif à semiconducteur et des moyens de comparaison qui comparent la tension de sortie variable de l'alternateur et la tension de référence supplé- mentaire, ce dispositif semiconducteur produisant le signal de commande sous la dépendance du signal de sortie des moyens de comparaison. 11. Circuit d'interface pour régulateur de tension selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de courant d'excitation comprend une borne à tension basse de l'alternateur; le dispositif de commande de courant est branché entre cette borne à tension basse et une borne d'entrée du régulateur de tension classique; et le circuit d'interface comprend en outre une diode de suppression des transitoires qui est branchée en parallèle sur l'enroule- ment d'excitation afin de conduire les courants d'excita- tion transitoires pendant le fonctionnement du dispositif de commande de courant. 12. Circuit d'interface pour régulateur de tension selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent un dispositif à semiconducteur et des moyens. de comparaison qui comparent la tension de sortie variable de l'alternateur et la tension de référence supplé- mentaire, ce dispositif semiconducteur produisant le signal de commande sous la dépendance du signal de sortie des moyens de comparaison