Brevet FR2542524A1 — publié le 19840914

PROCEDE DE REGULATION ET REGULATEUR D'ALTERNATEUR - DE CHARGE DE BATTERIE. La présente invention concerne de façon générale des circuits de régulation de tension d'alternateur et s'applique plus particulièrement dans le domaine de l'automobile à la stabilisa- tion de tension de batterie C'est dans cette application plus particulière que la présente invention sera essentiellement décrite bien qu'on puisse prévoir son utilisation dans d'autres systèmes-de régulation. Pour permettre de définir le problème que vise à résoudre l'invention, on va d'abord décrire de façon relativement détaillée un régulateur d'alternateur de charge de batterie d'automobile classique en relation avec les figures 1 et 2. La figure 1 représente de façon très schématique un régulateur pour stabiliser la tension d'une batterie d'automobile. Cette batterie 1, qui sert à alimenter l'ensemble des circuits électriques ou électroniques d'une automobile, constitue généra- lement la seule source d'alimentation disponible Il importe que cette tension soit relativement stable, par exemple autour d'une valeur comprise entre 13,5 et 14,5 volts en charge On choisira par exemple que cette tension soit de 14,4 V à 0,1 V près Cette batterie 1 est chargée par un alternateur 2 muni d'un enroulement d'excitation 3 L'enroulement est alimenté par la tension de bat- terie et est dispose en série avec un interrupteur tel qu'un tran- sistor de puissance ou un montage Darlington 4 Ce montage Darlington est commandé pour être conducteur dès que la tension aux bornes de la batterie chute en-dessous de 14,3 volts, puis il est coupé dès que cette tension atteint une valeur de 14,5 volts. Une diode 5, dite diode roue libre, assure la continuité du passage du courant dans l'enroulement d'excitation 3 La base du -transistor 4 est connectée à la borne positive de la tension d'alimentation par l'intermédiaire d'une impédance 6 et à la borne négative par l'intermédiaire d'un transistor 7 Ainsi, le tran- sistor de puissance ou Darlington 4 est conducteur quand le tran- sistor 7 est bloqué et bloqué quand le transistor 7 est conducteur. Le circuit de régulation proprement dit, qui alimente ou non le transistor 7 en fonction de la tension aux bornes de la batterie, est représenté schématiquement à l'intérieur du cadre en pointillés 10 Ce circuit comprend un comparateur 11 dont la sor- tie S est reliée à la base du transistor 7 Le comparateur est alimenté à partir de la tension de batterie par une borne d'alimentation F, et reçoit une première tension d'entrée VM qui est comparée à une seconde tension d'entrée VR provenant d'une source de tension de référence 12 La tension VM correspond à la tension aux bornes de la batterie réduite de façon déterminée par un potentiomètre comprenant des résistances 13 et 14 et sera appelée "tension mesurée- Pour éviter l'influence de tensions parasites, il est nécessaire de prévoir aux bornes de la résistance 14 un condensateur 15 éliminant les surtensions brèves. On a représenté dans cette figure I une source de ten- sion de référence 12 En fait, il n'existe pas a proprement parler de source de tension de référence autonome indépendante de la ten- sion de batterie, mais on obtient par des moyens divers, par exemple par utilisation de diodes Zener, une tension de référence à partir de la tension de batterie Si, à un instant donné, la tension aux bornes A et B du circuit de régulation 10 devient trop faible et inférieure a la tension de référence VR, on peut considérer que cette tension de reference VR chute a zero Par contre, si la tension aux bornes A et B chute rapidement, la ten- -sion-mesurée VM ne chute pas aussi brutalement étant donné l'effet de mémorisation apporté par le condensateur 15 Par ailleurs, un comparateur peut généralement fonctionner même pour des tensions d'alimentation très faibles sur sa borne F Ainsi, si pour une raison ou une autre, la tension aux bornes A et B chute à une valeur inférieure à la tension de référence, il faudrait obtenir à la sortie S du comparateur une indication représentative de ce fait, mais c'est exactement le contraire qui se produit puisque la valeur VR a chuté à zéro alors que V 14 est resté à un niveau rela- tivement élevé en raison de la mémorisation par le condensateur On obtient donc dans ce cas particulier une sortie S à un niveau inverse de celui qui est souhaité. Ce défaut de fonctionnement se produit en fait lors de chaque commutation du Darlington 4 En effet, quand ce transistor est conducteur, l'enroulement d'excitation 3 est aux bornes de la batterie et le courant d'excitation croit Quand ce courant atteint une valeur limite supérieure, déterminée par le circuit de régulation, le Darlington 4 est coupé, le courant dans l'enroulement d'excitation passe dans la diode roue libre et décroît Puis, quand le Darlington 4 redevient conducteur, l'enroulement d'excitation est à nouveau mis aux bornes de la bat- terie et il circule un courant important dans les fils de câblage. Ces fils de câblage comprennent une inductance inhérente non localisée et arbitrairement et symboliquement représentée en figure 1 par des enroulements 8 Le brusque appel de courant pro- voque dans ces inductances parasites de câblage une chute de la tension d'une durée de quelques microsecondes En conséquence, la tension d'alimentation apparente aux bornes A et B du circuit de régulation 10 chute et peut dans certains cas descendre à une valeur presque nulle et l'on se trouve alors dans le cas par- ticulier exposé précédemment o VR est nul alors que Vu ne l'est pas en raison de l'influence du condensateur 15 Il en résulte que le transistor 7 est rendu conducteur et que le Darlington 4 se bloque alors qu'au contraire on devrait maintenir la conduction dans l'enroulement 3 Ceci provoque une oscillation de tension et de courant à fréquence élevée; le régulateur fonctionne mal et le Darlington ou d'autres transistors du circuit peuvent être détruits. La figure 2 représente un exemple de réalisation prati- que et classique du régulateur 10 de la figure 1 et va être décrite plus en détail pour bien montrer que le phénomène exposé précédemment se produit en pratique On retrouve en figure 2 le potentiomètre 13-14 et le condensateur 15 de la figure 1 ainsi que les bornes A, B, VM, VR, F et S du comparateur 11 Ce comparateur comprend deux transistors PNP Tl et T 2 La base du transistor Tl reçoit la tension VM et son collecteur est connecté à la borne d'alimentation négative par l'intermédiaire d'une diode 20 La base du transistor T 2 reçoit la tension de référence VR et son collecteur, qui sert de borne de sortie S, est relié à la borne d'alimentation négative B par l'intermédiaire d'un transistor NPN T 3 dont la base est connectée au collecteur du transistor Tl La tension de référence est fournie par une diode Zener 21 alimentée par un transistor PNP 22 Les émetteurs des transistors Tl et T 2, reliés à la borne F, sont connectés à la borne d'alimentation positive A par l'intermédiaire d'un transistor PNP 23 dont le collecteur est relié à celui du transistor 22 et dont la base est commune avec celle du transistor 22 Ces bases sont alimentées par le point commun d'une diode 24 et d'une résistance 25 disposées entre les bornes d'alimentation positive et négative A et B. Le fonctionnement de ce régulateur est le suivant Si la tension VM est inférieure à la tension de référence VR, le tran- sistor Tl est conducteur alors que le transistor T 2 est bloqué et le transistor T 3 est également conducteur Le signal S de sortie est donc à bas niveau, ce qui assure le blocage du transistor 7 et la mise en conduction du Darlington 4 et donc l'excitation de l'alternateur 2 Inversement, si VM devient supérieur à VR, Tl et T 3 sont bloqués alors que T 2 est conducteur et un signal à haut niveau apparaît à la borne S, ce qui rend conducteur le transistor 7 et bloque le Darlington 4. Dans le cas considéré précédemment o la tension aux bornes A et B du circuit de régulation 10 chute momentanément à une valeur très faible, inférieure à la tension de la diode Zener 21, plus aucun courant ne circule dans cette diode Zener et la tension Vx maintenue par le condensateur 15 apparait supérieure à la tension VR; la borne S est alors à haut niveau, et le Darlington 4 se bloque. La présente invention vise à éviter cet inconvénient et à maintenir un fonctionnement correct du régulateur dans toutes les configurations et notamment quand la tension d'alimentation du régulateur chute rapidement. Pour atteindre cet objet, l'invention prévoit un procédé de fourniture d'un signal de commande par suite de la comparaison entre une fraction VM d'une tension à stabiliser et une tension de référence, cette tension de référence étant obtenue à partir de la tension a stabiliser, ce procédé comprenant l'étape consistant à interrompre la comparaison et à fournir un signal de commande prédéterminé dès que la tension à stabiliser devient trop faible pour permettre la fourniture de la tension de référence En d'autres termes, la présente invention prévoit que le comparateur il de l'art antérieur cesse de fonctionner dès que et même avant que la tension de référence chute. Ces caractéristiques et avantages de-la présente inven- tion seront exposés plus en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles les figures 1 et 2 qui représentent des régulateurs de l'art antérieur ont été décrites précédemment, la figure 3 représente un régulateur selon la présente invention. Comme le dispositif de l'art antérieur, le régulateur de la figure 3 est connecté entre des bornes d'alimentation positive et négative A et B Il comprend des résistances 13 et 14 connectées en potentiomètre et fournissant la tension VM, un con- densateur 15 étant en parallèle sur la résistance 14 Le com- parateur proprement dit qui reçoit la tension de référence VR et une tension d'alimentation sur sa borne F pour fournir un signal de sortie S comprend les mêmes transistors Tl, T 2, T 3 et la même diode 20 connectée de la même manière que dans le circuit classi- que. La différence principale entre le circuit classique et la présente invention réside dans la façon dont sont appliqués le potentiel d'alimentation du comparateur et la tension de référence Les émetteurs des transistors Tl et T 2, c'est-à-dire la borne F, sont connectés à la borne d'alimentation positive A par l'intermédiaire de deux transistors PNP 30 et 31 en série Entre les bornes d'alimentation positive et négative A et B, est également disposée la connexion en série d'un transistor NPN 32 et d'un potentiomètre comprenant des résistances 33 et 34, la tension de référence VR étant prise entre ces résistances 33 et 34 Une diode Zener 21 en série avec un transistor PNP 22 est disposée entre les bornes A et B Le point de jonction entre la diode Zener 21 et le transistor 22 est relié aux bases des transistors 30 et 32 La base du transistor 22 est reliée à la base du transistor 31 et au point de jonction d'une diode 35 et d'une résistance 36. Le transistor 32 étant un transistor NPN dont l'émetteur est relié à la résistance 33, la tension aux bornes du potentiomètre 33-34 est égale à la tension VZ de la diode Zener moins la tension base/émetteur VBE du transistor 32 Ainsi, la tension aux bornes de ce potentiomètre est sensiblement égale à la tension VZ réduite d'une tension base/émetteur VBE qui est sen- siblement constante et égale a une valeur de l'ordre de 0,6 à 0,7 volt La diode Zener est convenablement alimentée tant que la ten- sion entre les bornes d'alimentation positive et négative A et B est supérieure ou égale à VZ plus la tension de saturation collecteur/émetteur VC Esat du transistor PNP 22 Si on appelle Vcc la tension d'alimentation entre les bornes positive et négative, on pourra écrire que la tension Vz est normalement fournie, c'est- à-dire que la tension de référence VR est normalement présente, tant que Vcc est supérieur ou égal à Vz + VC Esat* Classiquement, la valeur VC Esat d'un transistor PNP intégré est de l'ordre de quelques dizaines de millivolts Mais on notera que, quand la ten- sion atteint cette valeur, les bornes de base et d'emetteur du transistor 30 sont sensiblement au même potentiel, la borne d'emetteur de ce transistor voyant également la tension Vcc réduite de la tension VC Esat du transistor 31; en conséquence, le transistor 30 est alors bioqué, c'est-à-dire que le comparateur 11 n'est plus alimenté Plus précisément, ce transistor 30 cesse d'être alimenté dès que: Vce = VZ + VBE( 30) + VC Esat( 31), c'est-à-dire essentiellement dès que la tension d'alimentation Vcc chute à une valeur égale à Vz augmentée d'une valeur correspondant à la chute de tension base/émetteur du transistor 30, soit une valeur d'environ 600 à 700 millivolts A ce moment, le comparateur 11 n'est plus alimenté et il n'est plus possible d'extraire un courant de la borne de sortie S, ce qui signifie dans le cas du montage de la figure 1 que le transistor 7 ne peut plus être rendu conducteur et donc que le montage Darlington 4 est maintenu à l'état conducteur. Eni d'autres termes, avec un choix convenable d'une structure d'adaptation reliée à la borne de sortie S, on peut fixer un signal de commande prédéterminé dans le cas o la tension d'alimentation Vcc descend à une valeur peu supérieure à la ten- sion fixée par un moyen de fourniture de tension de référence On évite ainsi les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur précédemment décrits. 542 _ 524 REVENDICATIONS. 1 Procédé de fourniture d'un signal de commande par suite de la comparaison entre une -fraction (VM) d'une tension à stabiliser et une tension de référence (VR), cette tension de référence étant obtenue à partir de la tension à stabiliser Vcc, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à interrompre la comparaison et à fournir un signal de commande (S) prédéterminé dès que la tension mesurée devient trop faible pour permettre la fourniture de la tension de référence. 2 Régulateur de tension de batterie comprenant un cir- cuit pour fournir une tension d'excitation à un alternateur dès que la tension de batterie chute en-dessous d'une valeur prédéterminée, ce régulateur comprenant un comparateur ( 11) dont l'alimentation est interrompue dès que la tension de batterie devient inférieure à celle (Vz) d'une diode de référence ( 21), et fournissant ainsi un signal de sortie (S) prédéterminé choisi identique au signal fourni quand la tension mesurée (VM) est inférieure à une tension de référence (VR). 3 Régulateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tension d'alimentation du comparateur est fournie par l'intermédiaire d'une chatne de transistors ( 30-31), le transistor le plus proche de là borne d'alimentation étant commandé par la tension aux bornes de la diode de référence, elle-mêmezobtenue à partir de la tension de batterie avec interposition d'un nombre de transistors moindre.