Brevet FR2730105A1 — publié le 19960802

L'invention concerne un dispositif d'alimentation électrique d'une charge telle qu'un équipement électrique, électromécanique ou électronique. Dans de nombreux environnements, il est indispensable ou obligatoire de protéger de tels équipements contre les conséquences de micro-coupures, de mini-coupures et de coupures de leur alimentation en énergie électrique. Une solution connue pour assurer une telle protection consiste à disposer entre la source d'alimentation électrique et l'équipement un dispositif de stockage capable de stocker l'énergie nécessaire pour suppléer à la défaillance de la source d'alimentation principale pendant les micro-coupures et les mini-coupures, ainsi que pendant des coupures de durée déterminée de l'alimentation fournie par la source principale. De tels dispositifs de stockage peuvent être constitués par un condensateur, à savoir tout montage comportant de un à n condensateurs connectés en série et/ou en parallèle, ou par une batterie, à savoir un dispositif comportant un ou plusieurs éléments connectés en série et/ou en parallèle et constitués de deux électrodes de nature différente et d'un électrolyte. Toutefois, qu'il s'agisse d'un condensateur ou d'une batterie au sens défini ci-dessus, un tel dispositif de stockage a pour inconvénient d'être lourd et encombrant ce qui, dans certaines applications, par exemple dans le cas d'équipements embarqués à bord d'aéronefs, peut s'avérer incompatible avec les contraintes de poids, d'encombrement et/ou de prix liées à ces équipements, ou pénalisant du fait de ces contraintes. L'invention vise à fournir un dispositif d'alimentation électrique d'une charge tel qu'un équipement électrique, électromécanique et/ou électronique qui permette de protéger cet équipement contre les conséquences de micro-coupures, mini-coupures et coupures de l'énergie d'alimentation tout en éliminant ou réduisant sensiblement les inconvénients de la technique antérieure liés au recours à un dispositif de stockage d'énergie électrique de capacité importante et, par conséquent, lourd et volumineux. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'alimentation électrique d'une charge comprenant un équipement électrique, électromécanique et/ou électronique, caractérisé en ce qu'il comprend un interrupteur normalement fermé connecté entre une source d'alimentation en énergie électrique et ledit équipement, des moyens pour commander l'ouverture dudit interrupteur en réponse à une coupure de l'alimentation en énergie électrique fournie par ladite source, des moyens pour commander la fermeture dudit interrupteur, d'une part en réponse au rétablissement de ladite alimentation par ladite source, d'autre part, pour une durée limitée, après écoulement d'un délai prédéterminé à compter de ladite coupure en l'absence de rétablissement de ladite alimentation, une horloge temps réel adaptée pour dater les instants d'ouverture et de fermeture dudit interrupteur et commander l'exécution par ledit équipement de traitements fonctions desdites datations et de l'état de ladite source d'alimentation, des moyens autonomes d'alimentation électrique de ladite horloge temps réel, et un dispositif de stockage d'énergie électrique connecté à ladite source d'alimentation et de capacité adaptée pour assurer l'alimentation dudit équipement sensiblement pendant ladite durée limitée de fermeture dudit interrupteur. En cas de coupure et de rétablissement rapide de l'alimentation, le dispositif selon l'invention permet de dater les instants de coupure et de rétablissement grâce à l'horloge temps réel et de lancer des traitements appropriés afin de maintenir l'équipement en état de fonctionnement. Si l'alimentation n'est pas rétablie dans un certain délai après sa coupure, un traitement d'exception peut être effectué pendant une durée limitée afin que l'équipement soit placé dans un état propre à lui permettre de reprendre son fonctionnement normal dès le rétablissement de l'alimentation en énergie électrique à partir de la source. Ainsi, le dispositif selon l'invention ne nécessite qu'un dispositif de stockage d'énergie électrique de très faible capacité destiné essentiellement à assurer l'alimentation de l'équipement pendant la durée limitée du traitement d'exception, l'horloge temps réel à très faible consommation possédant ses moyens propres d'alimentation tels qu'une pile électrique capable sous un volume et un poids très faibles d'assurer son fonctionnement pendant une longue durée, par exemple plusieurs années. De préférence, lesdits moyens pour commander la fermeture dudit interrupteur pour une durée limitée après écoulement d'un délai prédéterminé à compter de ladite coupure comprennent un circuit de temporisation déclenché en réponse à ladite coupure. Ce circuit de temporisation peut être constitué par un circuit électronique à faible consommation connecté de manière à être alimenté électriquement par ledit dispositif de stockage consécutivement à ladite coupure. Cette alimentation du circuit de temporisation pendant ledit délai prédéterminé et ladite durée limitée représente une très faible consommation électrique et n'affecte pas sensiblement le dimensionnement du dispositif de stockage d'énergie électrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple et illustré par les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un dispositif d'alimentation électrique selon l'invention - la figure 2 est un schéma électrique du dispositif de la figure 1 selon une forme particulière de réalisation de l'invention ; et - la figure 3 est un logigramme illustrant le fonctionnement du dispositif d'alimentation selon les figures 1 et 2. En se reportant à la figure 1, une charge 1 comprenant un équipement électrique, électromécanique et/ou électronique est alimentée en énergie électrique à partir d'un réseau ou source d'alimentation 2 par l'intermédiaire d'un dispositif d'alimentation désigné dans son ensemble par la référence 3. Dans l'exemple représenté à la figure 1, la borne négative 4 de la source d'alimentation est mise à la masse et le dispositif d'alimentation 3 comprend, en série entre la borne positive 5 de la source d'alimentation et la charge 1, une diode 6, un interrupteur 7, et un régulateur de tension 8 tel qu'un convertisseur continu/continu, la présence de ce régulateur 8 étant facultative et dépendant des contraintes spécifiques liées à l'alimentation électrique de la charge 1. Un dispositif 9 de stockage d'énergie constitué par un condensateur est connecté entre, d'une part le point commun à la diode 6 et à l'interrupteur 7 et, d'autre part, la masse. L'interrupteur 7 est piloté par un circuit de temporisation 10 et un circuit à retard 11, par l'intermédiaire d'un circuit de commande 12 qui remplit la fonction d'un OU logique entre l'ordre appliqué par le circuit de temporisation 10 et l'information relative à la présence ou à l'absence de la tension d'alimentation sur la borne 5 délivrée par l'intermédiaire du circuit à retard 11. Le circuit de temporisation 10 est déclenché sur commande de l'ouverture de l'interrupteur 7 par le circuit à retard 11 comme représenté au dessin (ou, selon une variante non représentée, directement sur détection de la coupure d'alimentation, c'est-à-dire sans introduction du retard par le circuit 11) et sa borne d'alimentation est connectée au point commun entre la diode 6 et l'interrupteur 7 de manière à lui permettre d'être alimenté par le dispositif de stockage 9 en cas d'ouverture de l'interrupteur 7. Enfin, le dispositif d'alimentation 3 comprend une horloge temps réel 13 comprenant sa propre source d'alimentation 14, telle qu'une pile, et un quartz 15. L'horloge temps réel 13 est connectée, d'une part en aval du régulateur 8 par une entrée 16 lui permettant de détecter la présence ou l'absence d'une tension d'alimentation et de dater les instants de coupure et de rétablissement de la tension d'alimentation en aval du régulateur 8 et, d'autre part, à la charge 1 par une sortie de données 17 afin de commander l'exécution par l'équipement 1 de traitements d'exception en cas de non rétablissement de la tension d'alimentation après un délai prédéterminé consécutivement à une coupure d'alimentation. Le fonctionnement du circuit de la figure 1 est sommairement le suivant : lorsque la source 2 applique une tension normale entre les bornes 4 et 5, l'interrupteur 7 est fermé et la charge ou l'équipement 1 est alimenté normalement par l'intermédiaire du régulateur 8. En cas de coupure de l'alimentation fournie par la source 2, le circuit 11 détecte la chute de tension sur la borne 5 et commande l'ouverture de l'interrupteur 7 par l'intermédiaire du circuit 12. Le circuit 11 introduit entre la détection de la coupure de l'alimentation et l'ouverture de l'interrupteur 7 un retard de quelques microsecondes environ pour permettre l'achèvement des procédures en cours d'exécution. Au moment de l'ouverture de l'interrupteur 7, le circuit de temporisation 10, qui demeure alimenté par le dispositif de stockage 9, est initialisé, tandis que l'horloge temps réel 13 date très précisément l'instant de coupure de l'alimentation par détection sur son entrée 16 de la disparition de la tension d'alimentation en sortie du régulateur 8. En cas de rétablissement rapide de l'alimentation (cas d'une micro-coupure ou d'une mini-coupure), le circuit 11 ferme l'interrupteur 7. Simultanément, le circuit de temporisation 10 est remis à zéro et l'horloge temps réel 13 date l'instant de rétablissement de l'alimentation. L'horloge temps réel 13 fournit par sa sortie 17 à l'équipement 1 des données relatives aux dates de coupure et de rétablissement de l'alimentation pour lui permettre d'effectuer des traitements fonctions de ces deux dates, étant entendu que ces traitements sont spécifiques à l'équipement considéré et ne font pas l'objet de la présente invention. Si, au contraire, la coupure de l'alimentation est de plus longue durée (quelques secondes), après un délai prédéterminé le circuit de temporisation 10 ferme l'interrupteur 7 pour une durée limitée par l'intermédiaire du circuit 12. L'équipement 1 se trouve alors alimenté temporairement par le dispositif de stockage 9 de faible capacité et, en fonction des dates de coupure et de rétablissement de l'alimentation fournies par l'horloge temps réel 13, exécute des traitements d'exception (sauvegarde de microprocesseurs, sauvegarde de la configuration utilisateur, etc...) qui sont initiés par l'équipement 1 en fonction de la durée de l'interruption de l'alimentation fournie par l'horloge 13. On se reportera maintenant à la figure 2 qui illustre un circuit du dispositif d'alimentation selon une forme particulière de réalisation de l'invention, le circuit de la figure 2 correspondant au dispositif 3 de la figure 1 à l'exception de l'horloge temps réel 13 qui n'a pas été représentée. Sur le circuit de la figure 2, l'interrupteur 7 est constitué par un transistor dont l'émetteur est connecté à la borne positive 5 par l'intermédiaire de la diode 6 et dont le collecteur est connecté au régulateur 8 (par exemple un circuit LM 7805) qui, lorsqu'il est alimenté à travers la jonction émetteur-collecteur du transistor 7, délivre en sortie une tension continue de + 5 volts pour une tension continue de 28 volts appliquée entre les bornes 4 et 5. La base du transistor 7 est connectée à son émetteur par l'intermédiaire d'une résistance 18 et à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 19 et de la jonction collecteur-émetteur d'un transistor remplissant la fonction logique OU du circuit 12 de la figure 1. La base du transistor 12 est connectée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 20, à la sortie de commande du circuit de temporisation 10 par l'intermédiaire d'une diode 21, et à la sortie du circuit 11 par l'intermédiaire d'une diode 22. L'entrée de commande du circuit de temporisation 10 (par exemple un circuit LM 555) est également connectée à la sortie du circuit 11. Le circuit de temporisation 10 est alimenté électriquement par la tension d'alimentation + UA développée sur l'émetteur du transistor 7 par le condensateur 9, par exemple un condensateur 1000 FF, 40 V. Le circuit 11 comprend un circuit comparateur ou détecteur 11A destiné à détecter une baisse de tension sur la borne d'alimentation 5 et un circuit à retard 11B. Le circuit comparateur llA comprend un amplificateur opérationnel 23 dont l'entrée inverseuse est connectée à la masse par l'intermédiaire du montage en parallèle d'une résistance 24 et d'un condensateur 25 et à la borne 5 par l'intermédiaire d'une résistance 26. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 23 est connectée à la masse par l'intermédiaire du montage en parallèle d'un condensateur 27 et d'une diode Zener 28 et à la borne d'alimentation 5 par l'intermédiaire d'une résistance 29. Le circuit à retard llB comprend une résistance et une diode 31 connectées en parallèle à la sortie de l'amplificateur opérationnel 23, ainsi qu'un condensateur 32 connecté entre la masse et le point commun entre la résistance 30 et la diode 31, du côté aval par rapport à la sortie de l'amplificateur opérationnel 23. Enfin, un circuit 33 translateur ou adaptateur de niveau est connecté à la sortie du circuit 11. Ce circuit translateur de niveau 33 (par exemple un circuit TL 01) constitue une interface pour commander par sa sortie INTR des circuits logiques, microprocesseurs ou autres faisant partie de la charge 1. Le circuit translateur de niveau 33 est alimenté électriquement par la tension +5 volts délivrée à sa sortie par le régulateur 8. En fonctionnement, lorsque la tension d'alimentation nominale de 28 volts est appliquée entre les bornes 4 et 5, la sortie du circuit 11 est positive par rapport à la masse et le transistor 12 est rendu conducteur par l'intermédiaire de la diode 22. La jonction émetteur-collecteur du transistor 7 est par conséquent conductrice et le régulateur de tension 8, et par conséquent la charge 1, sont alimentés électriquement. Sur le logigramme de la figure 3, ce mode de fonctionnement normal correspond à une réponse positive au test 35 relatif à la présence de l'énergie d'alimentation et au rebouclage par le bloc 36 exprimant que le dispositif 1 est alimenté et que l'interrupteur 7 est fermé. En cas de coupure de l'alimentation sur les bornes 4 et 5, la baisse de tension est détectée par le circuit comparateur lIA et sa sortie bascule d'un niveau haut à un niveau bas. La sortie du circuit à retard 11B bascule également d'un niveau haut à un niveau bas avec un retard 7 de l'ordre de quelques microsecondes par rapport à l'instant de basculement de la sortie du comparateur 11A. En réponse à ce basculement de la sortie du circuit 11, le circuit translateur de niveau 33 génère sur sa sortie INTR un signal pour commander l'interruption des traitements en cours par les circuits logiques et/ou microprocesseurs de l'équipement 1. Ce basculement de la sortie du circuit 11 a également pour effet d'initialiser le circuit de temporisation 10 qui démarre son décomptage. Enfin, le changement d'état à la sortie du circuit 11 provoque le blocage du transistor 12 et, par conséquent, celui du transistor 7. Le régulateur 8 n'est donc plus alimenté et l'horloge temps réel RTC 13 mémorise l'instant d'interruption de l'alimentation. Ces différents processus correspondent aux blocs 37 et 38 de la figure 3. Tant qu'une coupure de l'alimentation est détectée par le circuit 11 et que le circuit de temporisation 10 n'a pas décompté une certaine durée, le circuit de la figure 2 reste en l'état. Pendant cette phase, le circuit de temporisation 10 est alimenté électriquement par la tension d'alimentation + UA développée sur l'émetteur du transistor 7 par le condensateur 9 de faible capacité. Cette situation correspond sur la figure 3 à la boucle résultant d'une réponse négative aux tests 39 et 40. Si la tension d'alimentation est rétablie entre les bornes 4 et 5 avant que le circuit de temporisation 10 ait décompté la durée prédéterminée dont il a été question cidessus, la sortie du circuit 11 change d'état et provoque la conduction du transistor 12 et par conséquent celle du transistor 7. L'horloge temps réel 13 détecte le rétablissement de la tension en sortie du régulateur 8 et initie la mise en oeuvre par l'équipement 1 de traitements fonctions des dates de coupure et de rétablissement de l'alimentation détectées par l'horloge 13. Sur la figure 3, ce processus correspond à une réponse positive au test 39 et à la boucle comprenant le bloc 41. Si, après une coupure de l'alimentation, celle-ci n'a pas été rétablie après écoulement du délai prédéterminé programmé dans le circuit de temporisation 10, ce dernier commande, par sa sortie connectée à la diode 21, la conduction du transistor 12 et, par conséquent, celle du transistor 7. Le régulateur 8 se trouve alors alimenté à partir de l'énergie électrique stockée dans le condensateur 9 et l'horloge temps réel 13, convenablement programmée en fonction dudit délai prédéterminé, initie en conséquence la mise en oeuvre par l'équipement 1 de traitements d'exception consistant notamment à sauvegarder la configuration utilisateur de l'équipement (sauvegarde des microprocesseurs, etc...). Cette phase correspond sur la figure 3 au bloc 42 qui fait suite à une réponse positive au test 40. La capacité du condensateur 9 est déterminée pour permettre d'alimenter les circuits concernés de l'équipement 1 pendant le temps strictement nécessaire à la mise en oeuvre des traitements d'exception. Lorsque ce temps est écoulé, une nouvelle procédure de coupure est déclenchée (étape 43) : la sortie du circuit de temporisation 10 passe à zéro ce qui a pour effet de bloquer le transistor 12 et le transistor 7 (étape 44) et le circuit de la figure 2 reste dans le même état jusqu'à ce que l'alimentation électrique soit rétablie entre les bornes 4 et 5. Un exemple numérique est donné ci-après pour expliciter les avantages du dispositif selon l'invention par comparaison avec une solution conventionnelle consistant à alimenter électriquement la charge pendant la durée totale de la coupure au moyen d'un dispositif de stockage d'énergie électrique. Cet exemple est basé sur les caractéristiques suivantes - Consommation du dispositif 1 à alimenter : 30 watts. - Rendement du régulateur 8 : q = 0,7. - Consommation du circuit de temporisation 10 : 0,1 milliampère. - Durée de la coupure d'alimentation : 5 secondes. - Tension du réseau d'alimentation : 28 volts. - Chute de tension admissible à l'entrée du régulateur de tension 8 au bout de 5 secondes : 5 volts. - Durée du traitement d'exception : 10 millisecondes. - Durée du traitement relatif à une procédure de coupure : 10 millisecondes. Détermination de la capacité du condensateur de stockage dans le cas d'une solution conventionnelle consistant à alimenter le dispositif 1 pendant toute la durée de la coupure (5 secondes) La consommation électrique de la charge 1 est égale à 30 watts x 1/71 = 30 x 1/0,7 = 43 watts, ce qui représente 1,53 ampère sous 28 volts. En appliquant la formule Q = CV = it, il vient C = it/V = 1,53 x 5/5 = 1,53 farad. Détermination de la capacité du condensateur 9 avec le dispositif selon l'invention. La consommation électrique de la charge reste de 1,53 ampère sous 28 volts mais se trouve pondérée dans la rapport 10 millisecondes/5 secondes = 10/5000 = 0,002. La consommation pondérée de la charge est donc égale à 1,53 x 0,002, soit environ 0,0031 ampère, à laquelle il convient d'ajouter 0,0001 ampère représentant la consommation du circuit de temporisation 10. La consommation totale pondérée s'élève donc à 0,0032 ampère. On a donc C = it/V = 0,0032 x 5/5 = 3200 microfarads. Le dispositif selon l'invention requiert par conséquent un condensateur de capacité environ 500 fois plus petite que dans le cas de la technique antérieure. De plus, dans la pratique, dès l'apparition d'une coupure d'alimentation il sera possible de délester au maximum la charge à alimenter 1 de façon à minimiser la consommation, par exemple en maintenant uniquement l'alimentation des circuits logiques sous une tension de 5 volts par exemple. En procédant ainsi, la valeur du condensateur de 3200 microfarads peut être aisément réduite d'un facteur 5 ou plus. I1 résulte de ce qui précède que le dispositif décrit permet de miniaturiser et de diminuer considérablement la masse d'un dispositif d'alimentation d'une charge. Ce dispositif permet de réaliser des systèmes électroniques embarqués tout en respectant les normes, telles que la norme Air 2021, auxquelles ceux-ci sont soumis. Enfin, le dispositif décrit offre une fiabilité et une sûreté de fonctionnement accrues par rapport à des dispositifs d'alimentation conventionnels dans la mesure où, quelle que soit la durée de la coupure, il permet d'assurer à nouveau un fonctionnement cohérent d'un équipement dès le rétablissement de l'énergie d'alimentation. Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et l'on pourrait le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDICATIONS Dispositif d'alimentation électrique d'une charge comprenant un équipement électrique, électromécanique et/ou électronique, caractérisé en ce qu'il comprend un interrupteur (7) normalement fermé connecté entre une source (2) d'alimentation en énergie électrique et ledit équipement (1), des moyens (11) pour commander l'ouverture dudit interrupteur (7) en réponse à une coupure de l'alimentation en énergie électrique fournie par ladite source (2), des moyens (10, 11) pour commander la fermeture dudit interrupteur (7), d'une part en réponse au rétablissement de ladite alimentation par ladite source (2), d'autre part, pour une durée limitée, après écoulement d'un délai prédéterminé à compter de ladite coupure en l'absence de rétablissement de ladite alimentation, une horloge temps réel (13) adaptée pour dater les instants d'ouverture et de fermeture dudit interrupteur (7) et commander l'exécution par ledit équipement (1) de traitements fonctions desdites datations et de l'état de ladite source d'alimentation, des moyens autonomes (14) d'alimentation électrique de ladite horloge temps réel (13), et un dispositif (9) de stockage d'énergie électrique connecté à ladite source d'alimentation (2) et de capacité adaptée pour assurer l'alimentation dudit équipement (1) sensiblement pendant ladite durée limitée de fermeture dudit interrupteur (7). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour commander la fermeture dudit interrupteur (7) pour une durée limitée après écoulement d'un délai prédéterminé à compter de ladite coupure comprennent un circuit de temporisation (10) déclenché en réponse à ladite coupure. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit circuit de temporisation (10) est connecté de manière à être alimenté électriquement par ledit dispositif de stockage (9) consécutivement à ladite coupure. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens (11) pour commander l'ouverture dudit interrupteur (7) en réponse à ladite coupure de l'alimentation et sa fermeture en réponse au rétablissement de ladite alimentation comprennent un détecteur de tension (lia) connecté aux bornes de ladite source et audit interrupteur (7). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (11) de commande de l'ouverture dudit interrupteur (7) comprennent un circuit à retard (îlE) à faible constante de temps pour commander l'ouverture dudit interrupteur (7) avec un faible retard par rapport à ladite coupure. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit dispositif de stockage (9) comprend un condensateur. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit interrupteur (7) comprend un transistor. 8. Dispositif selon les revendications 2, 4 et 7, caractérisé en ce que ledit circuit de temporisation (10) et ledit détecteur de tension (11) sont connectés à la base dudit transistor (7) formant interrupteur par l'intermédiaire d'un transistor de commande (12). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un régulateur de tension (8) connecté entre ledit interrupteur (7) et ledit équipement (1). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un adaptateur de niveau de tension (33) pour commander au moins en partie ledit équipement, ledit adaptateur de niveau (33) étant alimenté à partir de la sortie dudit régulateur (8).