Brevet FR2750228A1 — publié le 19971226

"Dispositif et procédé pour alimenter un lecteur externe de support d'informations connecté à un ordinateur, et lecteur externe incluant ce dispositif DESCRIPTION La présente invention concerne un dispositif pour alimenter un lecteur externe de support d'informations connecté à un ordinateur, en particulier un microordinateur, à partir d'un port, notamment un port PCMCIA ou un port parallèle. Elle vise plus particulièrement les ordinateurs portables. L'invention vise également un procédé d'alimentation mis en oeuvre dans ce dispositif, ainsi qu'un lecteur externe incluant ce dispositif. Une grande difficulté dans l'adaptation d'un lecteur de disque dur et/ou de CD-ROM sur le port PCMCIA d'un ordinateur portable réside dans les faibles puissances disponibles sur les broches d'alimentation des ports PCMCIA. Pour alimenter ces périphériques sans recours à une alimentation externe, deux tensions sont disponibles: une tension d'alimentation générale Vcc égale à 5 V ou à 3,3 V, et une tension d'alimentation secondaire Vpp égale à 12 V. Par ailleurs, dans le cas d'un lecteur externe connecté à un port parallèle d'un ordinateur, il faut de toute façon prévoir un autre accès à la première source de tension d'alimentation (Vcc), aucune tension d'alimentation n'étant généralement disponible sur ce type de port. Sur l'alimentation générale en 5 V, on peut en pratique tirer un courant maximum de l'ordre de 500 mA, mais ce courant est souvent limité par une résistance de protection interne de l'ordre de 1 Q. I1 en résulte que, sous ce courant appelé, la tension de sortie est réduite en dessous du seuil de la logique TTL: 4,75 V, ce qui ne permet pas une alimentation directe de circuits logiques d'une puissance supérieure à 1 W. Le courant maximum autorisé sur l'alimentation secondaire en 12 V est la plupart du temps de l'ordre de 60 mA, avec une résistance interne typiquement de 2 Q. De plus, ces alimentations sont très souvent protégées par un disjoncteur interne qui a pour effet que, soit les alimentations du port PCMCIA sont coupées, soit l'ordinateur se réinitialise dès que le courant appelé dépasse la valeur maximale permise. Or, avec l'accroissement des performances des lecteurs externes, et notamment des vitesses de rotation des tetes de lecture, les besoins en courant de pointe sont de plus en plus élevés et les dispositifs d'alimentation actuels ne sont pas en mesure de les satisfaire. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif d'alimentation de lecteur externe qui ne nécessite pas une connexion d'alimentation supplémentaire au secteur, tout en pouvant délivrer un courant de pointe au moins supérieur à 1 A. Il s'agit d'un dispositif pour alimenter un lecteur externe de support d'informations, notamment un lecteur de CD-ROM et/ou de disque dur, connecté à un ordinateur via un premier port, notamment un port PCMCIA ou un port parallèle, ce dispositif comportant un accès à une première source de tension d'alimentation (Vcc). Suivant l'invention, il comprend: - une batterie tampon chargée par la première source d'alimentation et délivrant une tension de sortie prédéterminée sensiblement inférieure à la tension nominale délivrée par la première source d'alimentation, - des moyens limiteurs de courant insérés entre la première source de tension d'alimentation et la batterie tampon, pour limiter le courant débité par la première source d'alimentation, et - des premiers moyens pour rehausser la tension de sortie de la batterie tampon à un premier niveau de tension requis pour l'alimentation des composants logiques du lecteur externe. Ainsi, la première source d'alimentation, en l'occurrence la source d'alimentation générale Vcc recharge en permanence la batterie tampon par l'intermédiaire d'un limiteur de courant. Dans le cas d'un lecteur externe connecté à un port PCMCIA, cette limitation de courant évite que les disjoncteurs internes de l'alimentation du port PCMCIA soient sollicités. La tension de batterie est ensuite rehaussée à 5 V par un circuit à découpage d'un type aujourd'hui très classique, en montage dit de "voltage step-up". Le dispositif selon l'invention autorise en pratique un courant de pointe pouvant atteindre jusqu'à 2 A en sortie tout en appelant un courant régulier sur la première source de tension d'alimentation, ce qui ne peut être envisagé avec une alimentation directe du lecteur externe à partir du port PCMCIA. Dans le cas d'un lecteur externe connecté à un port parallèle d'un ordinateur, grâce au dispositif d'alimentation selon l'invention, il devient possible d'utiliser la tension d'alimentation principale (Vcc) accessible sur le port clavier/souris de l'ordinateur. Pendant les périodes de faible activité ou d'inactivité du lecteur externe, la batterie tampon stocke de l'énergie qui pourra être restituée en période d'activité intense, en particulier quand les têtes magnétiques du disque dur ou de la tête laser du lecteur de CD-ROM bougent. Dans un mode de réalisation d'un dispositif d'alimentation selon l'invention, celui-ci comprend en outre des moyens pour abaisser la tension délivrée par la seconde source de tension d'alimentation à un niveau sensiblement égal à celui requis pour le lecteur externe, ces moyens abaisseurs de tension fournissant une source complémentaire d'énergie pour alimenter les composants logiques du lecteur externe. Ainsi, en complément de l'énergie apportée par l'alimentation en 5V, un réducteur de tension à découpage est utilisé pour abaisser la tension de 12 V (seconde source d'alimentation) en 5 V avec un rendement du même ordre, avec un montage classique communément appelé "Voltage step-down". Dans ce mode de réalisation, il est possible de tirer une puissance bien supérieure et d'alimenter un lecteur de CD-ROM de vitesse de rotation supérieure, jumelé ou pas avec un lecteur de disque dur, le tout fonctionnant sous 5 V. Dans une version avantageuse de l'invention, le dispositif d'alimentation peut comprendre en outre des seconds moyens pour rehausser la tension de sortie de la batterie tampon à un second niveau de tension requis pour l'alimentation des moyens d'entraînement du lecteur externe. Cette version permet de répondre de façon satisfaisante à des besoins en alimentation toujours plus élevés observés avec l'accroissement des vitesses d'entraînement des lecteurs. Par ailleurs, une option avantageuse consiste à munir le dispositif d'alimentation selon l'invention d'un dispositif de charge rapide de la batterie tampon, comportant des moyens pour détecter un niveau de tension de sortie de batterie inférieure à un seuil de tension prédéterminé, des moyens pour interrompre toute connexion entre la batterie tampon et les moyens rehausseurs de tension en cas de détection de tension de batterie trop faible. Ainsi, quand la tension chute au dessous d'un seuil prédéterminé, la batterie tampon est automatiquement isolée de l'étage élévateur de tension, ce qui a pour effet de supprimer la charge en aval et de forcer la charge rapide de la batterie tampon à partir du port PCMCIA. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé pour alimenter un lecteur externe de support d'informations, notamment un lecteur de CD-ROM et/ou de disque dur, connecté à un ordinateur via un port PCMCIA, ce port PCMCIA comportant un accès à une première source de tension d'alimentation (Vcc) et un accès à une second source de tension d'alimentation (Vpp), mis en oeuvre dans le dispositif d'alimentation selon l'une quelconque des revendications précédentes. Selon l'invention, ce procédé comprend: - une charge permanente d'une batterie tampon à partir de la première source d'alimentation, cette batterie tampon délivrant une tension de sortie prédéterminée sensiblement inférieure à la tension nominale délivrée par la première source d'alimentation, - une limitation du courant débité par la première source d'alimentation, une élévation de la tension délivrée par la batterie à un premier niveau de tension requis pour l'alimentation des composants logiques du lecteur externe. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure 1 est un schéma synoptique d'un premier exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation selon l'invention; - la figure 2 est un schéma synoptique d'un second exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation selon l'invention, mettant en oeuvre deux circuits élévateurs de tension; - la figure 3 illustre un exemple de réalisation pratique d'un dispositif d'alimentation selon l'invention; et - la figure 3 est un schéma synoptique d'un troisième exemple de réalisation d'un dispositif d'alimentation selon l'invention, appliqué à un lecteur externe connecté à un port parallèle d'un ordinateur. On va maintenant décrire, en référence aux figures précitées, deux exemples de réalisation d'un dispositif d'alimentation selon l'invention, appliqué à un lecteur externe connecté à un port PCMCIA d'un ordinateur, en même temps que le procédé d'alimentation mis en oeuvre dans ce dispositif. Dans un premier temps, on considère un lecteur externe Li selon l'invention, - lecteur de disque dur et/ou de CD ROM-, relié à un ordinateur portable (non représenté) via un port PCMCIA 8 qui fournit normalement un accès à une première source de tension d'alimentation dite principale Vcc (5 V) et à une seconde source de tension d'alimentation, dite secondaire ou de programmation, Vpp (12 V). Le lecteur externe L1 inclut un dispositif d'alimentation 10 selon l'invention comprenant un circuit limiteur de courant 2 prévu pour éviter tout risque de sollicitation des disjoncteurs internes d'alimentation du port PCMCIA, une batterie tampon 1 constituée par exemple de trois éléments Ni-Cd (Nickel-Cadmium) délivrant une tension en charge comprise entre 3,8 V et 3,9 V, un circuit élévateur (ou rehausseur) de tension 3 prévu pour délivrer une tension de sortie de 5 V à partir de la tension de la batterie tampon 1, et un dispositif automatique de charge rapide 5 faisant fonction de disjoncteur et permettant une déconnexion entre la batterie tampon 1 et le circuit élévateur de tension 3. La tension de sortie du circuit élévateur de tension 3, qui est de préférence réalisé sous la forme d'un circuit à découpage en montage classique communément appelé "voltage step up", est prévue pour alimenter les composants logiques 6L de l'unité de lecture 6 du lecteur externe 10. Les composants d'entraînement ou de motorisation 6M peuvent en général être alimentés directement à partir de la batterie tampon, car ils ne sont pas soumis aux contraintes requises par la logique TTL. Le dispositif d'alimentation 10 comprend en outre de préférence un circuit abaisseur de tension 4 recevant en entrée la tension secondaire Vpp (12 V) et délivrant une tension basse de 5 V qui peut être directement utilisée pour l'alimentation de composants du lecteur externe et/ou appliquée sur la batterie tampon 1 comme source de charge complémentaire via une diode et une résistance 9 de limitation. Il est à noter que les divers circuits composant le dispositif d'alimentation selon l'invention sont en pratique alimentés à partir de la tension d'alimentation secondaire Vpp. Dans un second mode de réalisation illustré par la figure 2 dans laquelle les éléments communs à la figure 1 présentent des références communes, le lecteur externe L2 comprend un dispositif d'alimentation 20 selon l'invention comprenant, en aval du dispositif de charge automatique 5, un premier circuit élévateur de tension 310 prévu pour alimenter sous une tension de 5 V les composants logiques 7L de l'unité de lecture 7, et un second circuit élévateur de tension 320 prévu pour alimenter sous une tension de 12 V les composants d'entraînement ou de motorisation 7M de ladite unité de lecture 7. Ce type de dispositif d'alimentation est particulièrement approprié pour l'alimentation de lecteurs de CD-ROM à grande vitesse (6X et plus). On va maintenant décrire un exemple de réalisation pratique des circuits composant un dispositif d'alimentation selon l'invention, en référence à la figure 3. On fait ici appel à des techniques et des composants très classiques dans le domaine de l'électronique. Le circuit limiteur de courant 2 peut ainsi comprendre une résistance de shunt 22 en série dans la ligne d'alimentation, un amplificateur 23, un comparateur 24 monté pour détecter un dépassement du courant de ligne au delà d'une consigne de courant, et un interrupteur 21, par exemple un transistor FET, commandé par le comparateur 24 et prévu pour interrompre le circuit d'alimentation en cas de dépassement du courant appelé. Dans cet exemple de réalisation, une diode Zener 25 est prévue pour fournir une référence de tension d'alimentation utilisée comme consigne pour la comparaison. La batterie tampon 1, réalisée à partir de plusieurs cellules Cd-Ni (en pratique trois pour délivrer 3,8 V), est munie d'une diode 11 disposée en amont pour éviter tout retour de courant dans le cas où la tension de charge de la batterie tampon 1 deviendrait supérieure à la tension de sortie du limiteur 2. Le dispositif automatique de charge rapide 5 comprend un circuit comparateur 53 pour comparer la tension de sortie de la batterie tampon 1 à un seuil de tension réglable par un potentiomètre 54 relié à la référence de tension d'alimentation, et un amplificateur 52 de commande d'un interrupteur 55, réalisé par exemple sous la forme d'un transistor FET. Cet amplificateur de commande 52 est connecté à un interrupteur de commande de charge rapide 51 actionnable manuellement. Ce dispositif automatique de charge rapide 5 est mis en oeuvre à chaque fois que la tension de batterie devient trop faible. Le dispositif d'alimentation selon l'invention se consacre alors exclusivement à la charge de la batterie tampon 1 et n'alimente plus pendant ce temps les composants du lecteur externe. Le circuit élévateur (ou rehausseur) de tension 3 est conçu autour d'un circuit intégré spécialisé 30, par exemple de référence Max 770, réalisant la fonction de "voltage step up" et auquel sont normalement associés une petite inductance 32 de l'ordre de 40 uH, un transistor FET 33 à très faible résistance interne, une diode 33 et un condensateur polarisé 34. Le circuit abaisseur de tension 4 est conçu autour d'un circuit intégré spécialisé 40, par exemple de référence Max 738, alimenté à partir de la tension d'alimentation secondaire de 12 V et auquel sont associés, suivant un schéma classique, une diode 43, une petite inductance 42 et un condensateur polarisé 46. La tension de sortie (5 V) du circuit abaisseur 4 est appliquée d'une part, à la batterie tampon 1 via une diode et une résistance de limitation 9, et d'autre part, à travers une diode 45, pour l'alimentation de composants du lecteur externe (CD-ROM et/ou disque dur). On va maintenant décrire le procédé d'alimentation ainsi mis en oeuvre, ainsi que les divers transferts d'énergie réalisés dans un dispositif d'alimentation selon l'invention. Dans un premier temps, en l'absence de courant appelé par les composants 6M, 7M à consommation élevée du lecteur externe L1, L2 (par exemple lorsque les têtes de lecture sont au repos), la batterie tampon 1 est chargée en permanence, via le circuit limiteur 2 non sollicité, à partir de la source d'alimentation principale Vcc et éventuellement comme apport complémentaire, à partir de la source d'alimentation secondaire Vpp. L'énergie électrique consommée par les composants logiques 6L, 7L reste modeste et est fournie directement par les sources d'alimentation après conversion dans le circuit élévateur de tension. De plus, pendant les périodes de faible activité ou d'inactivité du lecteur externe, la batterie tampon emmagasine de l'énergie qui pourra être restituée en période d'activité intense. Lorsque les composants à consommation élevée sont activés (mise en route des têtes de lecture), un courant de pointe élevé (pouvant atteindre 2 A) est appelé et l'énergie électrique nécessaire est alors fournie essentiellement par la batterie tampon 1 qui se décharge progressivement tout au long de l'appel de courant. S'il s'avère que la tension de batterie devient trop faible, un mécanisme de "shut down" est initié avec l'activation du dispositif automatique de charge rapide 5. Le transistor 55 est alors commandé en mode bloqué, la batterie tampon se trouve isolée du circuit élévateur de tension 3 et se recharge rapidement puisque n'ayant plus à délivrer le courant appelé en aval. Lorsqu'une tension de charge suffisante est à nouveau atteinte, le transistor 55 est commandé en mode passant et la batterie tampon 1 est à nouveau connectée au circuit élévateur de tension 3. On peut d'ailleurs prévoir un système d'alerte, notamment d'alerte sonore, pour indiquer à l'utilisateur du lecteur externe, que celui-ci ne va plus être alimenté du fait de l'affaiblissement de la batterie tampon 1. Avec l'utilisation de circuits à découpage à haute fréquence (plusieurs centaines de kHz), on peut atteindre des rendements voisins de 90% pour les circuits d'élévation et d'abaissement de tension. Le dispositif d'alimentation selon l'invention autorise un courant de pointe pouvant atteindre 2 A en sortie tout en tirant un courant régulier sur le port PCMCIA. Un dispositif d'alimentation selon l'invention peut également être inclus dans un lecteur externe prévu pour être connecté à un port parallèle d'un ordinateur, comme l'illustre la figure 4. Un lecteur externe L3 comporte une unité de lecture 60 comprenant des dispositifs d'entraînements et des circuits logiques et reliée à un connecteur IDE 63, et un dispositif d'alimentation 61 selon l'invention relié en entrée à un connecteur d'alimentation 62. L'ordinateur 70, auquel est connecté le lecteur externe L3, comporte un port parallèle 65 sur lequel est connecté un contrôleur IDE 64 de structure bouchon pouvant éventuellement recevoir un câble 72 de connexion à une imprimante 71, et un port clavier/souris 66, destiné notamment à la connexion d'une souris, sur lequel on connecte une fiche 67 de type mini-DIN d'un câble de liaison 69 vers le connecteur d'alimentation 62 du lecteur externe L3. Le contrôleur IDE 64 est relié au connecteur IDE 63 du lecteur externe L3. Le lecteur externe L3 dispose ainsi d'une source d'alimentation par le canal du port clavier/souris. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, les moyens rehausseurs et abaisseurs de tension peuvent être réalisés selon bien d'autres techniques que celles décrites ici. Il en est de même pour la batterie tampon dont le nombre de cellules et la technologie peuvent dépendre des niveaux de tension respectifs de l'alimentation générale de l'ordinateur et des composants logiques et d'entraînement du lecteur externe. REVENDICATIONS 1. Dispositif (10, 20, 61) pour alimenter un lecteur externe de support d'informations (L1, L2, L3), notamment un lecteur de CD-ROM et/ou de disque dur, connecté à un ordinateur (70) via un premier port, notamment un port PCMCIA (8) ou un port parallèle (65), ce dispositif comportant un accès à une première source de tension d'alimentation (Vcc) au sein de l'ordinateur, caractérisé en ce qu'il comprend: - une batterie tampon (1) chargée par la première source de tension d'alimentation (Vcc) et délivrant une tension de sortie prédéterminée sensiblement inférieure à la tension nominale délivrée par la première source de tension d'alimentation (Vcc), - des moyens limiteurs de courant (2) insérés entre la première source de tension d'alimentation (Vcc) et la batterie tampon (1), pour limiter le courant débité par la première source de tension d'alimentation (Vcc), et - des premiers moyens (3, 310) pour rehausser la tension de sortie de la batterie tampon (1) à un premier niveau de tension (5 V) requis notamment pour l'alimentation des composants logiques (6L, 7L) du lecteur externe (L1, L2). 2. Dispositif d'alimentation (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des seconds moyens (320) pour rehausser la tension de sortie de la batterie tampon (1) à un second niveau de tension (12 V) requis notamment pour l'alimentation de moyens d'entraînement (7M) du lecteur externe (L2). 3. Dispositif d'alimentation (10, 20, 61) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif automatique de charge rapide (5) de la batterie tampon (1), comportant des moyens (52-54) pour détecter un niveau de tension de sortie de batterie inférieure à un seuil de tension prédéterminé, des moyens (55) pour interrompre toute connexion entre la batterie tampon (1) et les moyens rehausseurs de tension (3) en cas de détection de tension de batterie trop faible. 4. Dispositif d'alimentation (10, 20, 61) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif automatique de charge rapide (5) comprend en outre des moyens (51) pour commander en force les moyens interrupteurs (55). 5. Dispositif d'alimentation (10, 20) selon l'une des revendications précédentes, pour alimenter un lecteur externe connecté à un ordinateur via un port PCMCIA (8), ce port PCMCIA comportant un accès à la première source de tension d'alimentation (Vcc) et un accès à une seconde source de tension d'alimentation (Vpp). 6. Dispositif d'alimentation (10, 20) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (4) pour abaisser la tension délivrée par la seconde source de tension d'alimentation (Vpp) à un niveau sensiblement égal à celui requis pour l'alimentation du lecteur externe (L1, L2). 7. Dispositif d'alimentation (10, 20) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens abaisseurs de tension (4) sont en outre connectés à la batterie tampon (1) et fournissent une source complémentaire d'énergie de charge de cette batterie tampon (1). 8.Dispositif d'alimentation (61) selon l'une des revendications 1 à 4, pour alimenter un lecteur externe (L3) connecté à un port parallèle (65) d'un ordinateur (70) via des premiers moyens de connexion (68, 63), caractérisé en ce qu'il comporte en outre des seconds moyens de connexion (67, 69, 62) pour accéder à la première source de tension d'alimentation (Vcc) via un second port (66) de cet ordinateur (70), notamment un port clavier/souris. 9. Procédé pour alimenter un lecteur externe de support d'informations (L1, L2, L3), notamment un lecteur de CD ROM et/ou de disque dur, connecté à un ordinateur (70) via un premier port , notamment un port PCMCIA (8) ou un port parallèle (65) comportant un accès à une première source de tension d'alimentation (Vcc) au sein de cet ordinateur (70), ce procédé étant mis en oeuvre dans le dispositif d'alimentation (10, 20, 61) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend: - une charge permanente d'une batterie tampon (1) à partir de la première source de tension d'alimentation (Vcc), cette batterie tampon (1) délivrant une tension de sortie prédéterminée sensiblement inférieure à la tension nominale délivrée par la première source de tension d'alimentation (Vcc), - une limitation du courant débité par la première source d'alimentation (Vcc), et une élévation de la tension délivrée par la batterie tampon (1) à un premier niveau de tension requis pour l'alimentation des composants logiques du lecteur externe (L1, L2). 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un rehaussement de la tension délivrée par la première source de tension d'alimentation (Vcc) à un second niveau de tension (12 V) requis pour l'alimentation de moyens d'entraînement (7M) du lecteur externe (L2). 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend des séquences automatiques de charge rapide de la batterie tampon (1) comportant: - une détection d'un niveau de tension de batterie inférieur à un seuil de tension prédéterminé, et - en cas de détection, une interruption de toute connexion entre la batterie tampon (1) et les moyens rehausseurs de tension (3, 310, 320). 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des séquences commandées de charge rapide de la batterie tampon (1) comportant une interruption de toute connexion entre la batterie tampon (1) et les moyens rehausseurs de tension (3, 310, 320). 13. Procédé d'alimentation selon l'une des revendications 9 à 12, appliqué à l'alimentation d'un lecteur externe (L3) connecté à un port PCMCIA (8) d'un ordinateur, ce port PCMCIA (8) fournissant un accès à la première source de tension d'alimentation (Vcc) et un accès à une seconde source de tension d'alimentation (Vpp). 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un abaissement de la tension délivrée par la seconde source de tension d'alimentation (Vpp), au niveau requis pour l'alimentation du lecteur externe (L1, L2). 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une fourniture complémentaire d'énergie pour charger la batterie tampon (1), à partir de la tension abaissée. 16. Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, pour alimenter un lecteur externe (L3) connecté à un port parallèle (65) d'un ordinateur (70), caractérisé en ce qu'on accède à la première source de tension d'alimentation (Vcc) via un second port (66) de l'ordinateur (70), notamment un port clavier/souris. 17. Lecteur externe de support d'informations (L1, L2, L3), notamment de disque dur et/ou de CD-ROM, incluant un dispositif d'alimentation (10, 20, 61)) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.