Brevet FR2757324A1 — publié le 19980619

La présente invention concerne un circuit élec- tronique d'alimentation en tension de circuits électriques, comprenant au moins deux circuits d'alimentation pouvant être reliés l'un à l'autre par des moyens de commutation électro- niques, ainsi qu'un interrupteur relié à au moins l'un des circuits d'alimentation. Etat de la technique: Pour différents composants électroniques ou élec- triques, il faut que la tension d'alimentation soit sûre et garantie. Pour cela, on peut assurer l'alimentation à l'aide de diverses sources de tension même différentes, par exemple à l'aide de deux batteries. Pour éviter un échange non voulu d'énergie entre les deux sources, il faut des moyens coupant le cas échéant la liaison entre les sources de tension ou les batteries. C'est pourquoi, selon un dispositif connu suivant le document DE-41 38 943, pour assurer l'alimentation en ten- sion d'un véhicule automobile, il est proposé un circuit électronique branché entre deux batteries d'alimentation et comprenant un module de charge/coupure. Ce module de charge/coupure permet de charger les deux batteries à partir d'un générateur et de les utiliser, dans certaines condi- tions, en commun pour alimenter les utilisateurs embarqués. A l'aide du module de charge/coupure, on peut toujours inter- rompre la liaison entre les deux batteries si l'état de charge des batteries présente une différence trop grande ou si, pendant l'opération de démarrage, la batterie associée au démarreur subit un effondrement de tension. Avantages de l'invention: La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un circuit du type défini ci-dessus caractérisé en ce que: - le premier circuit d'alimentation est relié par au moins une résistance et une diode Zener polarisée dans le sens bloqué, ainsi qu'un transistor, à l'interrupteur (Z), - les moyens de commutation entre les circuits d'alimentation ont un branchement sur lequel on peut prendre la tension d'alimentation (UV) du circuit de courant à alimenter, et l'alimentation en tension du circuit de courant alimenté, lorsque l'interrupteur (Z) est fermé, se fait à partir d'au moins l'une des deux sources de tension. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - les moyens de commutation électroniques pour chaque circuit de courant se composent d'un commutateur analogique formé de deux transistors à effet de champ, et notamment de régu- lateurs de tension fixes. - un commutateur analogique est relié à l'interrupteur alors qu'au moins un autre commutateur analogique est relié à une diode Zener dont la tension Zener définit le potentiel ap- pliqué aux électrodes de grille respectives, et fixe ainsi leur état de commutation. - les diodes Zener ont des tensions de claquage différentes. - l'interrupteur est mis à la masse et un étage amont de ca- nal est prévu en amont du transistor. - le circuit est réalisé sous forme de circuit intégré. -le circuit intégré est intégré dans un régulateur de ten- sion fixe. - au moins l'un des commutateurs analogiques est un commuta- teur analogique avec protection de surcharge. - on remplace les diodes Zener par chaque fois un branchement sur une électrode de grille de l'interrupteur analogique en liaison avec un microprocesseur pour influencer le poten- tiel appliqué aux électrodes de grille. - il est utilisé dans un véhicule avec un réseau embarqué à deux batteries, les bornes étant en liaison avec au moins une batterie et le branchement assurant la tension d'alimentation d'un appareil de commande. - l'appareil de commande est un appareil de commande du ré- seau embarqué qui commande, de manière partielle ou totale, l'alimentation en tension du réseau du véhicule embarqué, fournit les tensions adaptées nécessaires et assure la com- mande des électrodes de grille de l'interrupteur analogique en fonction de conditions prédéterminées. Le circuit électronique, selon l'invention pour l'alimentation en tension, offre l'avantage de réaliser une alimentation en tension particulièrement sûre et fiable d'un composant électronique. Pour cela, au moins deux sources de tension ou circuits d'alimentation en courant sont reliés chaque fois par des composants électroniques à une borne d'alimentation commune donnant la tension nécessaire à5 l'alimentation des composants électroniques. Il est ainsi possible d'avoir une alimentation sélective à partir de l'un des circuits d'alimentation en courant, par exemple à partir de deux batteries séparées. Lorsqu'on passe en dessous de tensions définies fixées par exemple à l'aide d'une diode Ze-10 ner, on a, de manière avantageuse, une commutation automati- que de l'alimentation en tension. En même temps, on verrouille pour éviter le passage de courants de compensation entre les sources de tension ou les batteries ou de manière générale entre les circuits d'alimentation. Dans des circons- tances particulières, il est également possible de couper de manière générale toute alimentation. Le circuit électronique selon l'invention s'intègre avantageusement à un régulateur de tension fixe. Lorsqu'on utilise un commutateur analogique avec une protec- tion contre la surcharge, cela peut garantir qu'aucun des circuits d'alimentation ne soit surchargé. L'utilisation de transistors à effet de champ pour le découplage des circuits d'alimentation n'entraîne qu'une faible chute de tension. Celle-ci est avantageusement plus faible que pour un circuit de découplage utilisant des diodes. Dessins: Deux exemples de réalisation de l'invention sont représentés dans les dessins et seront décrits ci-après de manière plus détaillée. Dans les dessins: - la figure 1 montre un premier circuit selon l'invention, - la figure 2 montre un second circuit selon l'invention. Description: Les exemples de réalisation selon les figures 1 et 2 servent de manière générale à l'alimentation d'un compo- sant électronique raccordé à la borne V à laquelle est appli- quée la tension UV. La tension UV est fournie soit à partir d'un circuit d'alimentation relié à la borne Kl.10, soit à partir d'un circuit d'alimentation relié à la borne Kl.20. Ces circuits d'alimentation peuvent également être appelés sources de tension; ils sont par exemple constitués par des batteries. Lorsque les circuits électroniques sont utilisés pour l'alimentation en tension d'un réseau embarqué dans un véhicule, la borne Kl.10 est reliée à une première batterie B1 et la borne K1.20 à une seconde batterie B2; ces batte- ries, chargées respectivement par des générateurs non repré- sentés, servent à l'alimentation du démarreur ou à celle du réseau embarqué. La borne d'alimentation en tension K1.U peut être reliée par exemple à un appareil de commande dont l'alimentation en tension est ainsi garantie. Dans un véhi- cule avec un appareil de commande du réseau embarqué, cet ap- pareil est relié à la borne K1.U; les deux batteries sont également reliées aux bornes Kl.10 et K1.20, et les utilisa- teurs du réseau embarqué peuvent être alimentés directement à partir de l'appareil de commande du réseau embarqué; cet ap- pareil de commande du réseau embarqué peut comporter en outre des convertisseurs de tension transformant la tension UV ap- pliquée à l'appareil de commande du réseau embarqué, en dif- férentes tensions, en fonction des demandes des utilisateurs qu'il faut alimenter. Le circuit de la figure 1 comprend, à côté des bornes Kl.10, Kl.U déjà évoquées, avec les parties de circuit 1 et 2 et la borne K1.20, une série de transistors à effet de champ, de résistances, de diodes ainsi que d'une diode Zener et d'un commutateur; dans l'application d'un réseau embarqué de véhicules, ce commutateur peut par exemple être le commu- tateur d'allumage; il peut également s'agir d'un ou plu- sieurs circuits d'alimentation découplés par des diodes. De manière détaillée, le circuit est réalisé comme suit: la borne Kl.10 est reliée, par les deux transis- tors à effet de champ TO10, Tll montés comme des commutateurs analogiques, à la cathode de la diode Zener D10. Entre la grille du transistor à effet de champ T10 et la borne Kl.10, on a une résistance R10. L'anode de la diode Zener D10 est reliée par un transistor à effet de champ T12 et la résis- tance Ri, à une borne de l'interrupteur Z, par exemple le contact d'allumage. Entre la grille du transistor T12 et la source, se trouve la résistance R12 reliée à la masse du côté de la source. Le côté de l'interrupteur Z opposé à la résis- tance Ri est relié à la cathode des diodes Dl, D2 des diffé- rents circuits d'alimentation. La borne Kl.20 alimente, par l'intermédiaire des transistors à effet de champ T20, T21, la borne d'alimentation UV également reliée à la source du tran- sistor Tll. Les deux électrodes de grille des transistors à effet de champ T20, T21 sont reliées à la borne Kl.20 par la résistance R20. Deux autres transistors à effet de champ T23, T22 et les résistances correspondantes R22, R23, et R24 ainsi que la diode Zener D22 (pour des tensions d'alimentation su- périeures à 15V) sont branchés entre les transistors T20, T21 et T10, Tll. D'autres diodes D4, D5, D6, D7 et une résistance Rv peuvent être prévues. La figure 2 montre un exemple de réalisation de l'invention permettant une alimentation multiple par exemple avec les circuits de courant A, B... N comprenant les batte- ries B1, B2... Bn. Cet exemple de réalisation se distingue de celui de la figure 1 uniquement en ce qu'il comporte une autre partie de circuit 3 qui correspond à la partie de cir- cuit 2 de la figure 1 et est reliée à l'interrupteur Z par une autre diode D3. Des diodes Zener Z22 et Zn2 sont en pa- rallèle aux résistances R22 et Rn2. Pour réaliser une alimentation multiple avec n > 3, il faut utiliser une autre partie de circuit, analo- gue. Il est important que, dans chaque partie de circuit à l'exception du dernier (n), une diode Zener D20 se trouve en- tre les deux électrodes de grille des transistors T20, T21 et l'électrode de drain du transistor T23 branché dans le sens bloqué. Des exemples de réalisation représentés aux figu- res 1 et 2 permettent de réaliser les fonctions suivantes: 1. Alimentation de la borne K1.U par la borne Kl.10: Pour alimenter en tension la borne Kl.U par la borne Kl.10 en tension, on alimente l'interrupteur Z, par exemple le contact d'allumage, par un circuit quelconque. Lorsque l'interrupteur Z est fermé, le transistor T12 devient passant et l'anode de la diode D10 est ainsi mise à la masse. Si la tension à la borne Kl.10 est supérieure à la tension Zener de la diode D10, on a une chute de tension sur la ré- sistance R10 qui produit le déblocage des transistors à effet de champ T10, Tll. Les deux transistors étant branchés comme des interrupteurs analogiques, la tension de la borne Kl.10 est appliquée de manière faiblement ohmique à la borne Kl.U pour l'alimentation en tension. La tension de source des transistors T10, Til débloque alors le transistor T22 dont la tension de grille est limitée par une diode Zener D22 et la résistance amont RV pour des tensions supérieures à 15 V, bloquant le transistor T23 et ainsi également les transistors T20 et T21. Pour mettre l'interrupteur Z à la masse, il faut compléter la partie de circuit A et utiliser alors un étage amont de canal P par rapport au transistor T12. 2. Alimentation de la borne Kl.U par la borne Kl.20: L'interrupteur Z est de nouveau alimenté par un circuit de courant quelconque. Dans la mesure il doit être mis à la masse, il faudrait également un étage amont de canal P pour le transistor T12. Lorsque l'interrupteur Z est fermé, le transistor T12 se débloque et ainsi l'anode de la diode D10 est à la masse. Si la tension à la borne Kl.10 est infé- rieure à la tension Zener de la diode D10, il n'y aura pas de chute de tension aux bornes de la résistance R10, de sorte que les transistors T10 et Tll se bloquent. La tension de source du transistor T10 et du transistor Til est définie par la résistance R22, de sorte que le transistor T22 se bloque. C'est pourquoi, le transistor T23 se débloque par les résis- tances R24, R23. Il en résulte que les transistors T20 et T21 deviennent également passants. La tension appliquée à la borne Kl.20 est transmise de manière faiblement ohmique à la borne Kl.U; cette borne K1.U fournit ainsi une tension d'alimentation UV pour les utilisateurs alimentés; dans le cas d'une alimentation en tension du réseau embarqué, cette tension peut par exemple servir à l'alimentation de l'appareil de commande du réseau embarqué. 3. Alimentation de la borne K1.U par la borne Kl.nO: Dans ce cas également, l'interrupteur Z est ali- menté à partir d'un circuit électrique quelconque. Si l'interrupteur Z doit être mis à la masse, il faut également un étage amont de canal P pour le transistor T12. Lorsqu'on ferme l'interrupteur Z, le transistor T12 devient passant et met l'anode de la diode 10 à la masse. Lorsque la tension de la borne Kl.10 est inférieure à la ten- sion Zener de la diode D10, il n'y aura pas de chute de ten- sion aux bornes de la résistance R10 et les transistors T10, Tll se bloquent. La tension de source des transistors T10, Tll est définie par la résistance R22, de sorte que le tran- sistor T22 se bloque. Le transistor T23 devient passant à travers les résistances R24 et R23 et ainsi les transistors T20 et T21 se débloquent. La tension de la borne Kl.20 est ainsi transmise de manière faiblement ohmique à la borne Kl.U pour y être disponible comme tension d'alimentation UV. La tension d'alimentation UV est alors fournie par le circuit B avec la batterie B2. Dans l'hypothèse évoquée selon laquelle la ten- sion à la borne Kl.20 est inférieure à la tension Zener de la diode D20, il n'y aura pas non plus de chute de tension sur la résistance R20 et les transistors T20, T21 sont bloqués. La tension de source des transistors T20, T21 est ainsi défi- nie par la résistance Rn2 et le transistor Tn2 se bloque. Le transistor Tn3 est débloqué par les résistances Rn4, Rn3 ain- si que par les transistors TnO, Tnl. La tension appliquée à la borne Kl.n0 est ainsi transmise de manière faiblement oh- mique à la borne K1.U pour y être disponible comme tension d'alimentation UV. Les diodes D8 et D9 servent au découplage de la tension de commande du transistor Tn2. Si les transistors T10 et Tll ou T20 et T21 sont débloqués, cela débloque également le transistor Tn2. La construction modulaire du circuit d'alimenta- tion peut s'étendre de manière quelconque; les diodes Zener peuvent également avoir des tensions de claquage différentes, ce qui permet de régler une commutation de la tension d'alimentation pour des tensions quelconques. Selon une ex- tension du circuit décrit ci-dessus, on peut commander les transistors Tx2 (T12, T22, Tn2) également par d'autres géné- rateurs de signaux, par exemple un microprocesseur pC. Ce mi- croprocesseur pC serait alors relié, en étant découplé par des diodes, aux électrodes de grille des différents transis- tors Tx2 et déclencherait les actions de potentiel nécessai- res pour le déclenchement des opérations de commutation. Dans un tel circuit commandé par un microprocesseur pC, on peut économiser les diodes Zener dans la mesure o celui-ci devait mesurer des tensions ou si l'on utilise d'autres paramètres de commutation. Les circuits selon l'invention peuvent également être réalisés en construction discrète pour les courants d'alimentation importants. Pour les courants d'alimentation faibles, il est également possible d'intégrer sur une ou plu- sieurs puces. L'intégration dans les puces existantes par exemple des régulateurs de tension fixes, pourrait être faite dans un tel circuit. On peut supprimer les transistors TX1 (T11, T21, Tnl); on obtient alors une variante simplifiée qui n'évitera pas les courants de compensation. Lorsqu'un commutateur analogique avec protection de surcharge est utilisé, comme cela est par exemple connu selon le document DE-P 19 548 612, on peut établir un tel circuit de tension d'alimentation offrant une bonne protec- tion contre les surcharges. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Circuit électronique d'alimentation en tension de cir- cuits électriques, comprenant au moins deux circuits d'alimentation pouvant être reliés l'un à l'autre par des moyens de commutation électroniques, ainsi qu'un interrupteur (Z) relié à au moins l'un des circuits d'alimentation, caractérisé en ce que - le premier circuit d'alimentation est relié par au moins une résistance et une diode Zener polarisée dans le sens bloqué, ainsi qu'un transistor, à l'interrupteur (Z), - les moyens de commutation entre les circuits d'alimentation ont un branchement sur lequel on peut prendre la tension d'alimentation (UV) du circuit de courant à alimenter, et l'alimentation en tension du circuit de courant alimenté, lorsque l'interrupteur (Z) est fermé, se fait à partir d'au moins l'une des deux sources de tension. ) Circuit électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commutation électroniques pour chaque circuit de courant (A, B... N) se composent d'un commutateur analo- gique formé de deux transistors à effet de champ, et notam- ment de régulateurs de tension fixes. 30) Circuit électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' un commutateur analogique est relié à l'interrupteur (Z) alors qu'au moins un autre commutateur analogique est relié à une diode Zener dont la tension Zener définit le potentiel appliqué aux électrodes de grille respectives, et fixe ainsi leur état de commutation. 4 ) Circuit électronique selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les diodes Zener ont des tensions de claquage différentes. ) Circuit électronique selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que l'interrupteur (Z) est mis à la masse et un étage amont de canal (P) est prévu en amont du transistor (Tl, 2). 6 ) Circuit électronique selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce qu' il est réalisé sous forme de circuit intégré. 7 ) Circuit électronique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit intégré est intégré dans un régulateur de tension fixe. 8 ) Circuit électronique selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu' au moins l'un des commutateurs analogiques est un commutateur analogique avec protection de surcharge. 9 ) Circuit électronique selon quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' on remplace les diodes Zener par chaque fois un branchement sur une électrode de grille de l'interrupteur analogique en liaison avec un microprocesseur pour influencer le potentiel appliqué aux électrodes de grille. ) Procédé électronique selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce qu' il est utilisé dans un véhicule avec un réseau embarqué à deux batteries, les bornes (Kl.10, K1.20) étant en liaison avec au moins une batterie et le branchement (V) assurant la tension d'alimentation d'un appareil de commande. il 11 ) Circuit électronique selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'appareil de commande est un appareil de commande du réseau embarqué qui commande, de manière partielle ou totale,5 l'alimentation en tension du réseau du véhicule embarqué, fournit les tensions adaptées nécessaires et assure la com- mande des électrodes de grille de l'interrupteur analogique en fonction de conditions prédéterminées.