Brevet FR2550398A1 — publié le 19850208

RéGULATEUR ELECTRONIQUE POUR ALTERNATEUR, A RéGULATION ON- TINUE DE LA TENSION D'ALITATION DE LA BOBINE D'EETA- T'ON EN FONCTION DE LA TEMPERATURE. La présente invention a trait aux régulateurs pour alternateurs, notamment pour alternateurs destinés à l'alimentation électrique des véhicules automobiles. On sait que les alternateurs de véhicules automobiles sont associés à des régulateurs qui font varier le courant d'alimentation de la bobine d'excitation de lialter- nateur, de façon à maintenir la tension de sortie de l'alternateur à une valeur prédéterminée. Si le régulateur ne commande pas en "tout ou rien" le passage du courant d'excitation, la valeur maximum dudit courant est essentiellement déterminée par la tension d'alimentation et la résis tance du bobinage inducteur ; en pratique cependant, la puissance débitée par l'alternateur est limitée par la température maximale que peuvent supporter les bobinages induits de l'alternateur, principalement en raison de la présence d'isolants sensibles à une élévation excessive de la température. Pour cette raison, l'ensemble constitué par les bobinages de l'alternateur et le régulateur est ventilé par un ventilateur entraîné par un moteur, afin de maintenir cet ensemble à une température de fonctionnement convenable. Cependant, si ie moteur du ventilateur tombe n panne, il est nécessaire de protéger l'alternateur contre tout échauffement dommageable de ses bobinages. Il est donc important de surveiller la température de l'alternateur. On a déjà proposé, pour éviter une élévation excessive de la température de l'alternateur en fonctionnement, de limiter la valeur du courant d'excitation maximum en donnant au bobinage inducteur une valeur de résistance elevée ou à l'aide d'un régulateur d'intensitésmais ces deux solutions ont pour inconvénient de limiter la puissance de l'alternateur dans les plages de fonctionnement qui ne correspondent pas à l'obtention d'une température maximum dans les bobinages de stator. Dans le brevet fançais 1 338 010, on a proposé de réduire le courant de sortie de l'alternateur en fonction de la température du stator relevée au moyen d'un capteur constitué par une thermistance. Mais une telle réalisation a pour inconvénient que la régulation en fonction de la température du stator est réalisée de façon continue et permanente de sorte que les valeurs de la tension et du courant de charge se trouvent déjà réduites pour des plages de fonctionnement dans lesquelles les températures de stator sont pourtant parfaitement admissibles. Afin de remédier à cet inconvénient, il a notamment été proposé par le brevet français 2 420 874 un régulateur électronique assurant l'alimentation du bobinage d'excitation de son alternateur associé en fonction de la valeur d'une tension qui est comparée à une tension de référence, le régulateur comprenant d'autre part au moins un capteur de température fournissant un signal de mesure tel que l'alimentation du bobinage d'excitation est réduite par un organe comparateur dès que la température mesurée dépasse une température de référence. Cependant, dans le dernier brevet cité, le signal de mesure est fourni par au moins un capteur de température disposé au voisinage du stator de l'alternateur, et ce capteur de température ast de préférence une thermistance à coefficient de température négatif. Ce regulateur permet, pour une construction donnée de l'alternateur, d'obtenir une puissance maximum dans une très large plage de vitesses de rotation. En effet, ce régulateur se comporte comme un régulateur de tension de type classique, tant que la température du stator reste inférieure à une température maximum prédéterminée, et diminue ensuite la tension de référence du régulateur en fonction de la température lorsque la température du stator atteint le seuil fixé. Mais cette régulation continue ne peut entre obtenue que par l'utilisation d'un circuit relativement complexe, qui permet de générer plusieurs valeurs de référence et qui comprend des amplificateurs opérationnels, de sorte qu'un ter circuit est relativement coûteux Par la présente invention, on se propose de remédier à ces inconvénients, et d'obtenir une régulation continue du courant d'excitation au moyen d'un circuit simple, fiable et peu coûteux. A cet effet, le régulateur électronique selon l'invention, associé à un alternateur destiné notamment à l'alimentation électrique d'un véhicule par l'interme- diaire d'un pont redresseur à diodes, assure d'une part l'alimentation du bobinage d'excitation de l'alternateur en fonction de la valeur d'une tension image de la tension d'alimentation de la bobine d'excitation qui est comparée à une tension de référence, et comprend d'autre part au moins un capteur de température commandant la réduction de l'alimentation du bobinage d'excitation dès que la température dépasse une température de référence, et se caractérise par le fait qu'il comprend un unique capteur de température constitue par une thermistance à coefficient positif de température disposée au voisinage d'une diode du pont redxsseur,de sort que la tension dtaimentatsn du bobinage deux citation est régulée de manière continue en fonction de la température mesurée, lorsque cette dernière est supérieure à la température de référence qui est déterminée par la thermistance Selon l'invention, la thermistance commande une diminution du courant d'excitation lorsque la température mesurée est -^ - supérieure à la température de référence, et inversement une augmentation du courant d'excita tion lorsque la bempérabure resucée est au-dess ous i cette valeur. Dans un mode préféré de réalisation, l'augmenta tion de la résistance de la thermistance, lorsque la tempé rature mesurée est supérieure à la température de référence, commande le blocage d'un transistor interrupteur qui entraîne la diminution du courant d'excitation, et donc la diminution de la tension d'alimentation de manière à diminuer le courant délivré par l'alternateur. De même, la diminution de la résistance de la thermistance, lorsque la température mesurée est inférieure à à la température de référence, commande la saturation du transistor-interrupteur, qui entraîne l'augmentation du courant d'excitation et donc l'augmentation de la tension d'alimentation de manière à augmenter le courant délivré par l'alternateur. Selon un mode avantageux de réalisation,la la tension de référence est égale à la somme de la tension de conduction d'une diode Zener et de la tension base émetteur d'un second transistor dont le collecteur commande la base du transistor-interrupteur. Dans ce cas, la thermistance est-de préférence en série avec un pont de deux résistances présentant un point intermédiaire qui se trouve à la tension image de la tension d'alimentation de la bobine d'excitation. Cependant, dans tous les cas, le principe essen triel de l'invention est que la régulation due à la tempé rature d'une diode du pont redresseur de l'alternateur n'intervient sur l'excitation de l'alternateur qu'au-delà d'un seuil de températures, alors qu'en-deçà de ce seuil, la régulation est uniquement fonction de la tension image de la tension d'alimentation de la bobine d'excitation. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention. on va en décrire maintenant, à titre d'exemple pure mentillustratif et non limitatif un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la figure 1 représente le schéma électrique d'un ensemble constitué d'un alternateur et d'un régulateur selon l'invention, et - la figure 2 représente trois courbes de fonctionnement caractéristiques de la réalisation de la figure 1. En se référant à la figure 1, on voit que l'on a désigné par 1 dans son ensemble le stator d'un alternateur de véhicule automobile et par 2 le bobinage d'excitation dudit alternateur, ce bobinage d'excitation étant porté par le rotor. Les bobinages induits du stator 1 alimentent un pont redresseur à six diodes 3 disposé entre la masse et la ligne d'alimentation électrique 4, qui constitue la sortie de l'alternateur, et qui alimente la batterie 5 du véhicule ainsi qu'une charge variable 6 correspondant aux différents circuits du véhicule consommant de l'énergie électrique. Sur cette ligne 4 est également monté l'interrupteur 7 commandé par la clé de contact du véhicule et le voyant de charge 8 de la batterie. L'entrée du bobinage d'excitation 2 est mise au + TRIO réalisé à partir de trois diodes supplémentaires 9 sur le pont redresseur à diodes 3. La sortie du bobinage d'exci- d'exci- tation 2 est reiiée à l'entrée d'un régulateur de tension désigne dans son ensemble par 10. Ce régulateur 10 est susceptible de comparer une tension image de la tension de sortie de l'alternateur associé à une tension de référence, le rssgulateur 10 modulant l'alimentation du bobinage d'excitation 2 afin de maintenir constante la tension de sortie de l'alternateur. A son entrée le régulateur 10 présente un point intermédiaire entre la sortie du bobinage d'excitation 2, le collecteur d'un transistor-interrupteur 11, de type NPN, dont l'émetteur est à la masse, une diode 12 reliée au + TRIO, au point T (sortie commune des diodes supplémentaires 9 du pont redresseur), et une résistance 13. Cette dernière est reliée par un condensateur 14 à un second point intermédiaire entre la base d'un second transistor 15, de type NPN, dont l'émetteur est àla masse,et et dont le collecteur commande la base du transistor ll et est également relié au + TRIO en T, par l'intermédiaire d'une résistance 16.Le second point intermédiaire est également relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 17 et, par l'intermédiaire d'une diode Zener Dz,a un point intermédiaire A, situé entre les deux résistances R1 et R2 en série, entre le + TRIO et la masse, avec une thermistance à coefficient de température positif 18, qui est disposée à proximité immédiate d'une diode 3 du pont re diseur (la diode stuée en baset à ucie de ce pont sur la figul). Cette thermistance 18 est ainsi sensible à la température de cette diode 3 qui est, de même que les autres diodes 3 de ce pont, l'élément le plus sensible à l'augmentation de la température, et celui qui constitue la plus forte source de chaleur, et la température mesurée à proximité de cette diode 3 sera le paramètre de régulation lorsque la température mesurée sera supérieure à la température de seuil caractéristique de la thermistance 18 (par exemple 1200C) Le point A est également relié a la sortie d'un détecteur de panne, désigné dans son ensemble par 20, et qui comprend un troisième transistor 21, de type NPN, dont l'émetteur est àlamasse, et le collecteur relié au voyant de charge 8 et au + TRIO, en T, par l'intermédiaire d'une diode 22.La base du transistor 21 est à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 23 et, par l'intermédiaire dwune seconde diode Zener 24, reliée à un point intermédiaire entre une résistance 25, reliée elle-même au r TRIO en T, et une diode 26 reliée elle-même au point A. En régime normal, le fonctionnement du régulateur est le suivant - si l'on désigne par UB la tension à la sortie du pont redresseur à diodes 3 et qui est égale à la tension de la batterie 5, et si l'on désigne par UT la tension au + TRIO, au point T, ainsi que par UA la tension au point commun A entre les résistances R1, R2 et la diode Zener Dz, on peut considérer, à 1% près, que UB = UT, et En conséquence, la tension UA au point commun A est l'image de la tension d'alimentation du bobinage d'excitation 2, c'est-a-dire UT ou tension au + TRIO, au point T Si la tension image UA est supérieure à une tension de référence égale à la somme de la tension baseémetteur VBE du transistor 15 et de la tension de conduction VDZ de la diode Zener Dz, un courant circule alors dans cette diode Zener et parvient à la base du transistor 15, qui est ainsi saturé à l'état passant, ce qui entraîne le blocage à l'état non passant du transistor 11. L'état non passant du transistor 11 entraîne la diminution du courant d'excitation parcourant le bobinage dgexcitation 2, de sorte que la tension d'alimentation UT du bobinage d'excitation 2 ainsi que la tension image UA décroissent. Dès que la tension image UA devient inférieure à la tension de référence VDZ + VBE, le courant ne circule plus dans la diode Zener DZî et ne parvient donc plus à la base du transistor 15 qui se bloque à l'état non passant. Ceci entraîne la saturation du transistor 11 qui se bloque à l'état passant, de sorte que le courant d'excitation augmente. Ceci entraîne la croissance de la tension d'alimentation UT du bobinage d'excitation 2, et donc la croissance de la tension image UA, et lorsque cette tension image redevient supérieure à la tension de référence, le cycle décrit ci-dessus se répète. On voit donc que la tension de régulation est donnée par la formule De cette formule,on tire la formule simplifiée suivante En cas de panne de la ventilation, le fonctionnement du régulateur est le suivant Jusqu'a la température caractéristique de la thermistance 18, soit par exemple 1200C, la valeur de la résistance de cette thermistance 18 peut être considérée comme très inférieure à la résistance R2. Le régulateur fonctionne donc comme si la résistance de la thermistance 18 était nulle. Par contre, dès que la température à laquelle la thermistance 18 est sensible, est supérieure à 120 C, la valeur de la résistance de la thermistance 18 augmente fortement. Dans les formules -- données ci-dessus, R2 doit être remplacé par la somme de R2 et de la valeur de la thermistance 18; cette somme étant très supérieure à R2, ce qui devrait entraîner une très faible valeur de la tension d'alimentation UT du bobinage d'excitation 2. Mais cette tension d'alimentation UT ne peut descendre en dessous la tension de la batterie, par exemple 12,5 V. En conséquence, le régulateur se bloque, et le cycle de fonctionnement est le suivant la température croissant, la valeur de la thermistance 18 augmente, ce qui provoque le blocage du transistor 11. En conséquence, le courant d'excitation diminue, et donc également la tension d'alimentation UT de la bobine d'excitation 2 et la tension d'alimentation de la batterie UB En conséquence, le courant délivré par l'alternateur diminue et donc également la température au voisinage des diodes 3; ce qui entraîne la chute de la valeur de la thermistance 18.Ceci provoque la saturation du transistor 11 oui commande l'augmentation du courant d'excitation traversant le bobinage d'excitation 2, ce qui a pour conséquence que les tensions d'alimentation UT du bobinage d'excita ton 2 et UB de la batterie 5 sont croissantes, ainsi que le courant délivré par l'alternateur. I1 en résulte que la température au voisinage des diodes 3 augmente à nouveau, e qui est détecté par la thermistance 18 et le cycle présenté ci-dessus se répète. Sur la figure 2 , on a désigné par 30, 31 et 32 les courbes obtenues sans protection thermique et représentant respectivement la température de la diode 3, l'intensité et la tension du courant délivré par 1'alternateur en fonction du temps, tandis que 33, 34 et 35 désignent respectivement les courbes analogues obtenues avec la protection thermique assurée par la thermistance 18 à proximité immédiate de la diode 3 associée dans le pont redresseur. On constate, après le passage du pic d'intensité commun aux courbes 31 et 34, et après le palier de tension commun aux courbes 32 et 35, des ressauts au même instant sur les courbes 34 et 35, au moment de l'allumage du voyant de charge 8, lorsque la température de la diode 3 sur la courbe 33 atteint la valeur de seuil de 1200C, caractéristique de la thermistance 18 utilisée. On peut noter que, lorsque la tension d'alimen.tation de la batterie diminue dans le cycle ci-dessus décrit, la lampe 8 s'allume alors qu'elle s'éteint quand cette tension revient à la valeur normale, ce qui constitue un signal intermittent qui avertit l'utilisateur Il est bien entendu que le mode de réalisation ci dessus décrit ntest aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention REVENDICATIONS 1. Régulateur électronique associé à un alternateur, destine notamment à l'alimentation électrique d'un véhicule par l'intermédiaire d'un pont redresseur à diodes (3), ce régulateur (10) assurant d'une part l'alimentation du bobinage d'excitation (2) de l'alternateur en fonction de la valeur d'une tension imageA) de tension d'alimen- tation (UT) de la bobine d'excitation (2) qui est comparée à une tension de référence (VDZ + VDE), et comprenant d'autre part au moins un capteur de température (18) commandant la réduction de l'alimentation du bobinage d'excitation (2) dès que la température dépasse une température de référence, caractérisé par le fait qu'il comprend un unique capteur de température constitué par une thermistance (18) à coefficient de température positif, disposée au voisinage d'une diode (3) du pont redresseur, de sorte que la tension d'alimentation (UT) est régulée de manière continue en fonction de la température mesurée lorsque cette dernière est supérieure à la température de référence qui est déterminée par la thermistance (18). 2. Régulateur selon la revendication lo caractérisé par le fait que la thermistance (18) commande une diminution du courant d'excitation de la bobine d'excitation (2) lorsque la température mesurée est croissante et supérieure à la température de référence, et inversement une augmentation du courant d'excitation lorsque la température mesurée est décroissante. 3. Régulateur selon l'une des revendications i et 2, caractérisé par le fait que l'augmentation de la résistance de la thermistance (fus), lorsque la température mesurée est supérieure à la température de référence, commande le blocage d'un transistor interrupteur (11) qui entraîne la diminution du courant d'excitation, et donc la diminution de la tension d'alimentation (UT) de manière a diminuer le courant délivré par l'alternateur. 4. Régulateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la diminution de la résistance de la thermistance (18), lorsque la température mesurée est inférieure à la température de référence, commande la saturation du transistor interrupteur (11), qui entraîne l'augmentation du courant d'excitation, et donc l'augmentation de la tension d'alimentation (UT) de manière à augmenter le courant délivré par l'alternateur. 5. Régulateur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait que la tension de référence est égale à la somme de la tension de conduction (VDz) d'une diode Zener (Dz3 et de la tension base-emetteur (VBE) d'un second transistor (15) dont le collecteur commande la base du transitor interrupteur (11). 6. Régulateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la thermistance (18) est en série avec un pont de deux résistances (R1, R2), présentant un point intermédiaire (A) qui se trouve à la tension image (UA) de la tension d'alimentation (UT) de la bobine dgexci- tation (2).