Brevet FR2779287A1 — publié le 19991203

L'invention se rapporte à un convertisseur de tension destiné à alimenter la ou les bobines d'au moins un électro- aimant. L'invention concerne notamment un convertisseur de tension continue destiné à alimenter les bobines d'un électro- aimant, par exemple d'un électro-aimant à armature plate. Un tel convertisseur peut être utilisé, par exemple, pour alimenter les électro-aimants qui commandent les soupapes d'admission et/ou d'échappement de certains moteurs à 1o combustion interne. Comme représenté à la figure 1, pour commander le déplacement AM de l'armature mobile d'un électro-aimant, il faut alimenter la bobine de ce dernier avec un courant il d'intensité dite élevée. Pour maintenir l'armature collée AC sur I'électro-aimant il faut au contraire alimenter l'électro-aimant avec un courant i2 d'intensité plus faible. La régulation du courant d'alimentation de l'électro-aimant au niveau haut i1 et au niveau bas i2 est réalisée par des phases successives de magnétisation MG et de démagnétisation DMG de la bobine. Ces phases de magnétisation MG et de démagnétisation DMG correspondent respectivement à des montées et descentes de courant dans la bobine. Pour obtenir une montée de courant rapide dans la bobine jusqu'au niveau de courant il d'intensité élevée, on utilise une commande générant une tension élevée à partir d'une tension plus basse, telle qu'un convertisseur de tension du type hacheur parallèle. La tension élevée est appliquée à la bobine pendant l'établissement du courant jusqu'à ce qu'il atteigne l'intensité il souhaitée. Lorsque ce niveau de courant il est atteint, on régule ce courant sous la tension basse, pour minimiser la consommation du circuit. Pour générer une tension élevée à partir d'une tension plus basse, il est connu d'utiliser un convertisseur assurant l'application et la régulation du courant dans les bobines de l'électro-aimant comportant un hacheur parallèle. La figure 2 illustre un convertisseur de tension de l'art antérieur. Ce convertisseur comporte un hacheur H parallèle constitué d'une capacité Cl, d'une diode anti-retour D1, d'une inductance L, d'un transistor interrupteur T1 et d'un générateur P d'une tension U1 dite basse. Le hacheur parallèle fournit une tension élevée U2 aux bornes de la capacité à partir de la tension plus basse Ul. Le reste du circuit du convertisseur qui io est relié au hacheur H comporte trois diodes D2, Dbl, Db2 et trois transistors interrupteurs T2, Tbl, Tb2 destinés à commander la tension appliquée aux bornes de la bobine B de l'électro- aimant ainsi que le courant d'alimentation de cette dernière. En particulier, le transistor T2 situé entre la capacité C et le circuit entourant la bobine B permet de choisir, selon son état, la tension U1 basse ou U2 élevée qui sera appliquée aux bornes de cette bobine B. Cependant, un inconvénient de ce convertisseur est que le hacheur H fournit en permanence une tension élevée U2 aux bornes de la capacité C, même lorsque la bobine B est alimentée sous la tension basse U1. La consommation de ce convertisseur est donc élevée et mal exploitée. Par ailleurs, ce type de convertisseur et volumineux en raison du nombre important de composants qui le constituent. Un but de la présente invention est de proposer un convertisseur de tension destiné à alimenter la bobine d'au moins un électro-aimant, palliant tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. Ce but est atteint par le fait que dans le convertisseur de tension destiné à alimenter la ou les bobines d'au moins un électro-aimant, soit avec un premier courant d'alimentation d'intensité dite élevée, soit avec un second courant d'alimentation d'intensité dite faible, et comportant un circuit hacheur pour générer sélectivement aux bornes de la bobine de l'électro-aimant, soit une première tension dite tension basse, soit une seconde tension, dite tension élevée, le circuit hacheur comprenant, des moyens de génération de la tension basse, des moyens capacitifs, des moyens inductifs, des moyens interrupteurs, et des moyens d'orientation du courant dans un seul sens du circuit hacheur; la ou les bobines de l'électro-aimant constituent les moyens inductifs du circuit hacheur. Selon une autre particularité le circuit hacheur est un io hacheur parallèle, la régulation de l'intensité des premier et second courants étant assurée par des phases successives de magnétisation et de démagnétisation de la bobine de l'électro- aimant, le convertisseur comportant des moyens interrupteurs permettant de démagnétiser la bobine sélectivement soit dans les moyens capacitifs du circuit hacheur, soit dans des moyens de décharge situés dans le circuit du convertisseur. Selon une autre particularité le convertisseur comporte des moyens de détection de la tension aux bornes des moyens capacitifs ainsi que des moyens de commande des interrupteurs de sélection du chemin du courant de démagnétisation en fonction, d'une part de la valeur mesurée de la tension aux bornes des moyens capacitifs, et d'autre part de la valeur d'une tension seuil déterminée. Selon une autre particularité lors du démarrage du convertisseur, les moyens de commande des interrupteurs assurent une oscillation des moyens interrupteurs du circuit hacheur parallèle de façon à charger les moyens capacitifs de ce circuit tant que la tension aux bornes des moyens capacitifs est inférieure à la tension seuil. Selon une autre particularité lorsque la tension aux bornes des moyens capacitifs du circuit hacheur est supérieure ou égale à la tension seuil, I'alimentation en courant d'intensité élevée de la bobine est réalisée par les moyens de commande en commutant les interrupteurs pour appliquer la tension élevée aux bornes de la bobine; lorsque l'intensité du courant élevé est atteinte, les moyens de commande commutent d'une part les interrupteurs pour appliquer la tension basse aux bornes de la bobine, et d'autre part oscillent ces interrupteurs de façon à démagnétiser la bobine dans les moyens de décharge. Selon une autre particularité lorsque la tension aux bornes des moyens capacitifs du circuit hacheur est inférieure à la tension seuil, les moyens de commande commutent les interrupteurs de façon que le courant de démagnétisation de la io bobine recharge les moyens capacitifs du hacheur. Selon une autre particularité pour le passage du courant d'intensité élevée au courant d'intensité faible, ou/et pour le passage du courant d'intensité faible à un courant nul dans la bobine, les moyens de commande commutent les interrupteurs pour que le courant de démagnétisation de la bobine s'évacue dans les moyens capacitifs. Selon une autre particularité les moyens de décharge sont constitués d'une diode et les moyens capacitifs du hacheur sont constitués d'un condensateur électrique. Selon une autre particularité les moyens interrupteurs du convertisseur sont constitués d'au moins deux transistors commutables chacun entre un état saturé et un état bloqué. Selon une autre particularité le circuit du convertisseur comporte un condensateur, une première diode, un premier transistor interrupteur et un générateur de la tension basse reliés successivement en série de façon à former une boucle, une seconde diode et la bobine de l'électro- aimant étant reliées en série entre d'une part la jonction entre le condensateur et le générateur et d'autre part entre la première diode et le premier transistor, I'une des bornes de la bobine étant reliée à la jonction entre la première diode et le premier transistor, un second transistor interrupteur étant disposé sur une ligne reliant d'une part la jonction entre la capacité et la première diode et d'autre part la jonction entre la bobine et la seconde diode. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement les positions et déplacements de l'armature d'un électro-aimant en fonction de l'intensité du courant alimentant la bobine de ce dernier, - la figure 2 représente un exemple de convertisseur de tension de l'art antérieur destiné à alimenter la bobine d'un électro-aimant, - la figure 3 représente schématiquement le circuit d'un convertisseur destiné à alimenter la bobine d'un électro-aimant selon l'invention, - la figure 4 représente schématiquement les chronogrammes des courants d'alimentation de la bobine de l'électro-aimant et la tension aux bornes respectivement de trois composants du circuit convertisseur de la figure 3. L'invention va à présent être décrite en référence aux figures 3 et 4. Le convertisseur 1 de tension comporte un circuit hacheur parallèle pour générer sélectivement aux bornes de la bobine B d'un électro-aimant, soit une première tension U1 dite tension basse, soit une seconde tension U2, dite tension élevée. De manière classique, le circuit hacheur comprend des moyens G de génération d'une tension U1 dite basse, des moyens C capacitifs, des moyens B inductifs, des moyens Tb interrupteurs, et des moyens Db d'orientation du courant dans un seul sens du circuit hacheur. Selon l'invention, la bobine B de l'électro-aimant constitue les moyens B inductifs du circuit hacheur parallèle du convertisseur 1. Le convertisseur 1 représenté à la figure 3 comporte des moyens Ta interrupteurs qui coopèrent avec les moyens Tb interrupteurs du hacheur pour permettre de démagnétiser sélectivement la bobine B soit dans les moyens C capacitifs du hacheur, soit dans des moyens Db de décharge prévus dans le circuit du convertisseur 1. o Le convertisseur 1 comporte également des moyens 2 de détection de la tension aux bornes des moyens C capacitifs du hacheur et des moyens 3a, 3b de commande des interrupteurs Ta, Tb. Ces moyens de détection 2 et de commande 3a, 3b permettent d'orienter le courant de démagnétisation de la bobine B soit vers les moyens C capacitifs, soit vers les moyens Db de décharge, en fonction d'une part de la tension mesurée aux bornes des moyen C capacitifs, et d'autre part de la valeur d'une tension seuil Useuil déterminée. C'est-à-dire que, lorsque la tension aux bornes des moyens C capacitifs est inférieure à une tension seuil déterminée Useuil, le courant de démagnétisation est orienté vers ces moyens C capacitifs pour les recharger. Les moyens 2 de détection de la tension aux bornes des moyens C capacitifs et de comparaison de celle-ci avec la tension seuil peuvent être constitués, par exemple, d'un pont diviseur de type connu (non représenté) ou de tout autre moyen équivalent. Les moyens capacitifs du hacheur peuvent être constitué, par exemple, d'un condensateur C. Les moyens Db de décharge peuvent être constitués, par exemple, d'une diode. Les moyens Ta, Tb interrupteurs peuvent être constitués quant à eux d'au moins deux transistors commutables chacun entre un état saturé et un état bloqué. Bien sûr, les moyens capacitifs, les moyens de décharge et les moyens interrupteurs peuvent être remplacés chacun par d'autres moyens équivalents. La figure 3 représente un exemple de réalisation du convertisseur selon l'invention. Le convertisseur 1 comporte un condensateur C, une première diode Db, un premier transistor Tb interrupteur et un générateur G d'une tension U1 dite basse reliés successivement en série de façon à former une boucle. Une seconde diode D anti-retour et la bobine B de l'électro-aimant sont reliées en série entre, d'une part à la jonction entre le condensateur C et le générateur G, et d'autre 1o part entre la première diode Db et le premier transistor Tb. L'une des bornes de la bobine B est reliée à la jonction entre la première diode Db et le premier transistor Tb, c'est-à-dire que l'une des bornes de la seconde diode D est reliée à la jonction entre la capacité C et le générateur G. Un second transistor interrupteur Ta est disposé sur une ligne reliant, d'une part la jonction entre la capacité C et la première diode Db, et d'autre part la jonction entre la bobine B et la seconde diode D. La tension élevée U2 susceptible d'être appliquée à la bobine B de l'électro-aimant est, par exemple, la tension mesurée aux bornes de l'ensemble constitué par le générateur G et la capacité C. Dans une variante de réalisation, la tension élevée U2 peut être constituée uniquement par la tension aux bornes de la capacité. La phase initiale du fonctionnement du convertisseur consiste à charger le condensateur C. Pour cela le condensateur C, la bobine B de l'électroaimant, le premier transistor Tb interrupteur et la première diode Db fonctionnent comme un hacheur parallèle classique. C'est-à-dire que pendant cette phase initiale, les moyens 3a, 3b de commande ferment le second transistor interrupteur Ta et oscillent le premier transistor Tb entre, d'une part son état fermé dans lequel la bobine B se magnétise, et d'autre part son état ouvert dans lequel le courant de démagnétisation de la bobine B vient charger le condensateur C. Lorsque la tension aux bornes du condensateur C atteint une valeur seuil Useuil (figure 4) qui permet d'obtenir la tension élevée U2 souhaitée aux bornes de l'ensemble générateur G-condensateur C, les moyens 3a, 3b de commande arrêtent le chargement du condensateur C. L'électro-aimant est alors prêt à fonctionner. La figure 4 représente les quatre chronogrammes o respectivement, de la tension de commande des premier Tb et second Ta transistors interrupteurs, de la tension aux bornes de la capacité C ainsi que de l'intensité du courant d'alimentation de la bobine B. Pour appliquer le courant i1 d'intensité élevée dans la bobine B, les moyens 3a, 3b de commande ferment les deux interrupteurs Ta et Tb, la tension élevée U2 est alors appliquée aux bornes de la bobine B. Comme représenté au début des chronogrammes de la figure 4, le courant s'établit et croît dans la bobine B. Lorsque l'intensité i1 élevée est atteinte, le second interrupteur Ta est ouvert par les moyens 3a de commande, c'est-à-dire que c'est la tension basse U1 qui est alors appliquée aux bornes de la bobine B. A cet effet, le convertisseur comporte des moyens (non représentés) permettant la mesure et la comparaison de l'intensité du courant d'alimentation de la bobine B avec des valeurs i1, i2 de référence. La régulation du courant élevé i1 dans la bobine B se fait sous cette tension basse U1 en faisant osciller le premier transistor Tb interrupteur entre ses états "ouvert" et "fermé". Lorsque ce premier interrupteur Tb est fermé, la bobine B se magnétise, ce qui correspond à une montée de l'intensité du courant (cf. figure 4). Quand au contraire le premier interrupteur Tb et ouvert, la bobine se démagnétise dans la première diode Db (baisse de l'intensité de courant à la figure 4). Lorsque l'on a appliqué la tension élevée U2 aux bornes de la bobine B (passage d'une intensité de courant nulle à l'intensité i1 dite élevée, figure 4), la tension chute aux bornes du condensateur C. Lorsque les moyens 2 de détection relèvent une tension aux bornes du condensateur C inférieure à la tension seuil (Useuil, figure 4), il faut recharger ce dernier. Pour cela, lors des phases de démagnétisation de la bobine B, les moyens 3a, 3b de commande ouvrent le second interrupteur Ta. De cette 0o façon, le courant de démagnétisation de la bobine B va recharger la capacité C (montées de tensions aux bornes de la capacité, figure 4). Dès que la tension aux bornes du condensateur C a atteint la valeur seuil Useuil, les moyens 3a, 3b de commande ouvrent le second interrupteur Ta lorsque le premier interrupteur Tb est fermé, et ferment ce second interrupteur Ta lorsque le premier interrupteur Tb est ouvert. Ainsi, le courant de démagnétisation est orienté vers la première diode Db, c'est-à-dire que la démagnétisation se fait sous une tension nulle. Avantageusement, et de manière nullement limitative, si l'on souhaite que les fronts descendants de l'intensité du courant d'alimentation de la bobine B soient rapides lorsque l'on passe du courant d'intensité élevée i1 au courant d'intensité faible i2, ou/et lors du passage du courant d'intensité faible i2 à un courant d'intensité nul, le courant de démagnétisation peut être orienté dans le condensateur C pendant ces phases. C'est-à-dire que, pendant ces phases, les moyens 3a, 3b de commande commutent les interrupteurs Ta, Tb pour que le courant de démagnétisation s'évacue dans la capacité C. La démagnétisation se fait donc sous la tension élevée U2. De cette façon, I'intensité du courant circulant dans la bobine B décroît rapidement, c'est-à-dire la courbe représentative de l'intensité de la figure 4 décroît avec une pente élevée en valeur absolue. A titre d'exemple non limitatif, il est possible de choisir des composants électriques de façon que, si le générateur G de tension basse délivre une tension U1 continue de l'ordre, par exemple, de 24V, la tension élevée U2 récupérée soit de I'ordre de 100V. La tension seuil Useuil peut être égale à la tension élevée U2, ou légèrement inférieure, ou comprise dans un intervalle autour de cette valeur U2. Pour un électro-aimant à armature plate dont la bobine comporte une centaine de spires et pouvant fournir des efforts de l'ordre de 400 à 600N, io l'intensité élevée i1 peut être de l'ordre de 40A tandis que l'intensité i2 dite faible est de l'ordre de 10A. On conçoit donc que l'on a un convertisseur de tension de structure simple utilisant moins de composants électriques que les convertisseurs de l'art antérieur. Ce nombre réduit de composants permet notamment de diminuer l'encombrement du système. Par ailleurs, le convertisseur selon l'invention a une consommation réduite par rapport à l'art antérieur du fait que le condensateur C n'est pas chargé en permanence. Bien entendu, I'invention ne saurait se limiter à l'exemple 2() de réalisation décrit ci-dessus. Ainsi, il est possible de prévoir que le convertisseur délivre une tension dite basse à partir d'une tension dite élevée. Dans ce cas, on utilise dans le convertisseur un autre circuit hacheur approprié réalisant cette fonction. Enfin, bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits. REVENDICATIONS 1. Convertisseur (1) de tension destiné à alimenter la ou les bobines (B) d'au moins un électro-aimant, soit avec un premier courant (i1) d'alimentation d'intensité dite élevée, soit avec un second courant (i2) d'alimentation d'intensité dite faible, et comportant un circuit hacheur pour générer sélectivement aux bornes de la bobine (B) de l'électro-aimant, soit une première tension dite tension basse (U1), soit une seconde tension (U2), dite tension élevée, le circuit hacheur comprenant, des o moyens (G) de génération de la tension (U1l) basse, des moyens (C) capacitifs, des moyens (B) inductifs, des moyens (Tb) interrupteurs, et des moyens (Db) d'orientation du courant dans un seul sens du circuit hacheur, caractérisé en ce que la ou les bobines (B) de l'électro-aimant constituent les moyens I5 (B) inductifs du circuit hacheur. 2. Convertisseur (1) de tension selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit hacheur est un hacheur parallèle, la régulation de l'intensité des premier (i1) et second (i2) courants étant assurée par des phases successives de magnétisation et de démagnétisation de la bobine (B) de l'électro-aimant, le convertisseur (1) comportant des moyens (Ta, Tb) interrupteurs permettant de démagnétiser la bobine (B) sélectivement soit dans les moyens (C) capacitifs du circuit hacheur, soit dans des moyens (Db) de décharge situés dans le circuit du convertisseur (1). 3. Convertisseur (1) de tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (2) de détection de la tension aux bornes des moyens (C) capacitifs ainsi que des moyens (3a, 3b) de commande des interrupteurs (Ta, Tb) de sélection du chemin du courant de démagnétisation en fonction, d'une part de la valeur mesurée de la tension aux bornes des moyen (C) capacitifs, et d'autre part de la valeur d'une tension seuil (Useuil) déterminée. 4. Convertisseur (1) de tension selon la revendication 3 caractérisé en ce que lors du démarrage du convertisseur, les moyens (3a, 3b) de commande des interrupteurs (Ta, Tb) assurent une oscillation des moyens interrupteurs (Tb) du circuit hacheur parallèle de façon à charger les moyens (C) capacitifs de ce circuit tant que la tension aux bornes des moyen (C) capacitifs est inférieure à la tension seuil (Useuil). 1o 5. Convertisseur (1) de tension selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que, lorsque la tension aux bornes des moyen (C) capacitifs du circuit hacheur est supérieure ou égale à la tension seuil (Useuil), I'alimentation en courant (il) d'intensité élevée de la bobine (B) est réalisée par les moyens s5 (3a, 3b) de commande en commutant les interrupteurs (Ta, Tb) pour appliquer la tension (U2) élevée aux bornes de la bobine (B); lorsque l'intensité du courant (i1) élevé est atteinte, les moyens (3a, 3b) de commande commutent d'une part les interrupteurs (Ta, Tb) pour appliquer la tension (U1) basse aux bornes de la bobine, et d'autre part oscillent ces interrupteurs (Ta, Tb) de façon à démagnétiser la bobine (B) dans les moyens (Db) de décharge. 6. Convertisseur (1) de tension selon la revendication 5 caractérisé en ce que lorsque la tension aux bornes des moyen (C) capacitifs du circuit hacheur est inférieure à la tension seuil (Useuil), les moyens (3a, 3b) de commande commutent les interrupteurs (Ta, Tb) de façon que le courant de démagnétisation de la bobine (B) recharge les moyens (C) capacitifs du hacheur. 7. Convertisseur (1) de tension selon la revendication 5 ou 6 caractérisé en ce que, pour le passage du courant d'intensité élevée (i1) au courant d'intensité faible (i2), ou/et pour le passage du courant d'intensité faible (i2) à un courant nul dans la bobine (B), les moyens (3a, 3b) de commande commutent les interrupteurs (Ta, Tb) pour que le courant de démagnétisation de la bobine (B) s'évacue dans les moyens (C) capacitifs. 8. Convertisseur (1) de tension selon l'une quelconque des revendications 2 à 7 caractérisé en ce que les moyens (Db) de décharge sont constitués d'une diode et en ce que les moyens (C) capacitifs du hacheur sont constitués d'un condensateur électrique. 9. Convertisseur (1) de tension selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que les moyens (Ta, Tb) io interrupteurs du convertisseur sont constitués d'au moins deux transistors commutables chacun entre un état saturé et un état bloqué. 10. Convertisseur (1) de tension selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 caractérisé en ce que le circuit du convertisseur comporte un condensateur (C), une première diode (Db), un premier transistor (Tb) interrupteur et un générateur (G) de la tension (U1) basse reliés successivement en série de façon à former une boucle, une seconde diode (D) et la bobine (B) de l'électro-aimant étant reliées en série entre 2() d'une part à la jonction entre le condensateur (C) et le générateur (G) et d'autre part entre la première diode (Db) et le premier transistor (Tb), I'une des bornes de la bobine (B) étant reliée à la jonction entre la première diode (Db) et le premier transistor (Tb), un second transistor interrupteur (T) étant disposé sur une ligne reliant d'une part la jonction entre la capacité (C) et la première diode (Db) et d'autre part la jonction entre la bobine (B) et la seconde diode (D).