Brevet FR2779881A1 — publié le 19991217

Chargeur de batterie universel La présente invention concerne la recharge de la batterie d'un terminal portable de communication ou de traitement de données lorsque son porteur se déplace. Si l'on considère par exemple un combiné de radiotéléphonie, son porteur dispose d'un chargeur pour recharger celui-ci périodiquement, mais la tension secteur nominale varie d'un pays à l'autre, si bien qu'il est parfois 0 impossible de recharger le combiné. Il peut être prévu un commutateur de réglage en entrée du chargeur mais cela complique celui-ci et une erreur de réglage n'est pas exclue. La présente invention vise à proposer un chargeur de batterie universel, c'est-à-dire fonctionnant, sans réglage manuel, dans une large plage de tensions d'entrée. A cet effet, l'invention concerne un chargeur de batterie comportant des moyens tampons de stockage d'énergie électrique agencés pour recevoir, d'une source primaire de tension déterminée, un courant d'alimentation de puissance électrique déterminée et pour ensuite restituer à une batterie un courant correspondant à l'énergie stockée, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de commande des moyens de stockage, agencés pour stabiliser, en fonction de la tension de la source primaire, la puissance d'alimentation appliquée aux moyens de stockage. Ainsi, la puissance d'alimentation des moyens de stockage étant stabilisée, ils restituent donc à la batterie un courant stabilisé. Dans l'exemple ci- dessus, les moyens tampons de stockage d'énergie constituent ainsi une source secondaire stable se substituant, vis-à-vis de la batterie, au secteur variable. On remarquera que l'invention s'applique à toute batterie, fixe ou mobile. Dans une forme préférée de réalisation, les moyens de stockage comportent une inductance de primaire d'un transformateur de recharge 2 2779881 de batterie et les moyens de commande comportent un circuit pour additionner le courant de l 'inductance et un courant représentant la tension de la source, et pour commander, d'après le résultat, un interrupteur de charge impulsionnelle de l'inductance. Ainsi, le courant représentant la tension d'entrée est combiné au courant de l'inductance pour commander l'interrupteur, afin de limiter le courant d'inductance à une valeur fonction de la tension de la source, cette dernière effectuant ainsi une sorte de contre-réaction tendant à annuler io l'influence des variations de sa valeur sur le courant batterie délivré. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation préférée du chargeur de l'invention et d'un combiné portable de radiotéléphonie, en référence au dessin annexé, sur lequel la figure 1 représente schématiquement le chargeur et le combiné et - les figures 2A, 2B, 2C et 2D représentent, en fonction du temps t, des formes d'onde de signaux du chargeur. Le chargeur 1 représenté comporte, en tête, un pont redresseur double alternance 2 avec filtre passe-bas (non représenté), pouvant être alimenté indifféremment en 110 ou 220 volts alternatifs par le secteur 30. En sortie du redresseur 2, la tension sensiblement continue V2, sensiblement proportionnelle à la tension d'entrée secteur Ve, fournit un courant I7 de commande de base d'un transistor 16 de régulation, de type NPN, dont l'émetteur est à la masse. Dans cet exemple, le filtre passe-bas (inductance série) est de volume limité et le faible courant I7 de régulation, qui en est dérivé, est filtré par un filtre actif de faible puissance. Le filtre actif comporte un pont diviseur comprenant deux résistances R4 et R5, cette dernière allant à la masse, avec un condensateur 3 aux bornes de la résistance R4 en sortie du redresseur 2. La tension aux bornes de celle-ci est ainsi exempte d'ondulation résiduelle et représente une fraction de la tension de sortie V2 du redresseur-filtre 2, c'est-à-dire aussi de la tension secteur Ve. L'émetteur d'un transistor 7 de filtrage, de type PNP, est relié à la sortie du redresseur 2 à travers une 3 2779881 résistance R6, tandis que sa base est reliée au point milieu du pont diviseur R4, R5. On a ainsi: I7. R6 + Vbe7 = A. V2, avec A = R4/(R4 + R5), rapport de division Dans toute cette description, les tensions ou courants relatifs à un élément déterminé portent la référence de celui-ci. Le rapport de division "A" est choisi suffisamment grand pour que Vbe7 = tension émetteur-base du transistor 7, fixe et d'environ 0,6 volt, soit négligeable devant I7. R6, d'o: I7 = A. V2 R6 La sortie du redresseur 2 alimente aussi un primaire 10 de transformateur comportant en parallèle un condensateur 11, pour former un circuit oscillant L C, fonctionnant à fréquence supraphonique. Le combiné de radiotéléphonie, référencé 21, comporte le secondaire 20 du transformateur ci-dessus, associé à un condensateur 22 en parallèle pour former un circuit oscillant. Une diode série 23 effectue une détection crête et charge un condensateur de filtrage 24 alimentant une batterie 25. Il peut être prévu un filtre passe-bas de régulation du courant batterie. Revenant au chargeur 1, il comporte dans cet exemple un enroulement primaire annexe 12 pour alimenter le transistor 16 de régulation. Plus précisément, l'enroulement 12 relie le point milieu d'un pont diviseur R17, R18 alimenté sous la tension V2, stabilisé par rapport à la masse par un condensateur 19, au collecteur du transistor 16 et à la grille d'un transistor MOS interrupteur 13. Le transistor 13 relie à la masse, à travers une résistance R14 reliée à la masse, l'extrémité libre du primaire , opposée à celle alimentée par le redresseur 2. Une résistance R15 relie la base du transistor 16 (et le collecteur du transistor 7) au point commun entre le MOS 13 et la résistance R14. 4 2779881 Le fonctionnement du schéma ci-dessus va maintenant être expliqué. Le chargeur 1 comporte un réceptacle pour le combiné 21, agencé pour que le secondaire 20 soit couplé magnétiquement au primaire 10. Le chargeur 1 fonctionne dans un mode oscillant sous la commande du transistor MOS 13, qui bloque cycliquement le courant I10 du primaire 10 pendant une durée fixe puis le laisse passer pendant une durée variable, variant en sens inverse de la tension d'entrée Ve, ou V2. La tension V10 du primaire 10 peut s'écrire V10 = L dI10O dt avec L: inductance du primaire 10, et d 10: pente temporelle du courant dt Or dI10O varie comme la tension secteur Ve, ou V2. dt L'énergie stockée dans le primaire 10 à chaque cycle vaut L.IM2 et la puissance transitant ainsi vers la batterie 25 vaut L.IM2. F F étant la fréquence de répétition des cycles d'oscillation, avec recharge, du primaire 10, et IM étant le courant maximal du primaire 10. Afin de maintenir sensiblement constante cette puissance, et donc de recharger la batterie 25 à courant quasi constant, il faut asservir le courant maximal IM et/ou la fréquence F. Ici, c'est le courant maximal IM qui est réglé par contrôle de la durée de conduction du transistor MOS 13. Au niveau du transistor de régulation 16, on peut écrire Vbel6 = R15. I7 + R14. (I10 + I7) 2779881 I10 étant un courant de circuit de puissance, bien supérieur à I7, ce dernier ne servant qu'à produire une tension de commande et un courant de base, on peut donc simplifier la formule en Vbel6 = R15 I7 + R14. I10 = R15. A. V2 + R14. I10 R6 d'o: I10 = Vbel6 = K. V2 (ou K1. Ve) R14 avec K = A. R15 R6. R14 Les équations ci-dessus sont valables tant que la tension variable Vbe16 n'a pas dépassé le seuil de commutation du transistor, soit environ 0,6V. Lorsque le courant instantané I10 croissant translate la tension base jusqu'à atteindre 0,6V, il a alors sa valeur maximale IM. Une partie du courant i7 est alors dérivée dans la base du transistor 16, qui devient passant et provoque le rappel à la masse de la grille du transistor MOS 13 qui est ainsi bloqué. On passe alors en mode oscillatoire LC 10, 11. Le courant IM qui ne peut plus s'écouler à la masse produit une surtension et s'écoule dans le condensateur 11. La tension Vbel6, de conduction du transistor 16, forme ainsi un seuil de déclenchement qui est comparé à la somme des tensions V14 et V15 produites respectivement par le courant I10 principal et par le courant 17 de régulation dans les résistances R14 et R15. Ainsi, si la tension d'entrée Ve croît, la polarisation continue V15 croît de même et remonte d'autant la tension instantanée Vbel6. Le courant IM produisant la tension V14 de déclenchement n'a alors qu'une valeur réduite. Ainsi, la tension d'entrée Ve ou V2 survolte plus ou moins (V15) la commande de contre-réaction, retardée par le seuil Vbel6, due au courant I10 et asservit ainsi IM en fonction de la tension d'entrée Ve, ou V2. 6 2779881 La figure 2C montre que la phase de charge de l'inductance 10, par tirage de courant source par mise à la masse de l'extrémité libre de l'inductance , est suivie d'une phase d'oscillation qui produit une décharge d'énergie dans la secondaire 20, la figure 2A représentant la forme d'onde du courant dans le secondaire 20. Le montage équivaut à un condensateur tampon relié à une lame de relais oscillant le mettant alternativement en liaison avec la source primaire 30 et avec la charge aval (20). Après une période d'oscillation libre, de relaxation, l'enroulement annexe 12 fournit à nouveau une tension suffisamment positive (fig. 2D) de déblocage de la grille du transistor MOS 13, ce qui, par mise en conduction de celui-ci, bloque l'oscillation (fig. 2C). Le primaire 10 recommence à se charger (rampe montante du courant de la figure 2B), jusqu'à un nouveau blocage, comme expliqué plus haut, lorsque le seuil de courant IM est atteint. Ainsi, si la tension d'entrée Ve croît, la durée de conduction diminue et la fréquence des cycles ci-dessus croît donc de ce fait, mais plus légèrement puisque la durée de l'oscillation reste constante. Dans cet exemple, afin de faciliter l'explication, on a considéré des éléments résistifs linéaires. Si l'on souhaite cependant encore mieux s'affranchir des variations de la tension d'entrée Ve, on peut prévoir des éléments non linéaires de transduction courant/tension, comme par exemple des diodes. Ainsi, en choisissant un rapport de division A relativement faible, la tension diode Vbe7 ne sera plus négligeable et alors I7 = A.V2 - Vbe7 R6 va comporter une constante négative et va donc varier proportionnel- lement plus vite que V2, ou Ve. Une ou plusieurs diodes, éventuellement zener, en série avec la résistance R6, ou R5, auraient le même résultat. 7 2779881 Inversement, une ou plusieurs diodes en série avec la résistance R4 tendraient à stabiliser la tension base du transistor 7 par rapport à V2, donc à réduire la sensibilité du courant I7 par rapport à V2. De même, au niveau de l'addition des tensions aux bornes des résistances R14 et R15, une diode en série ou en parallèle sur une de ces résistances permettrait de modifier la réponse courant/tension pour ajuster encore mieux, selon la tension V2, l'influence relative entre les deux courants I7 et I10. On peut ainsi régler le courant maximal IM pour qu'il varie de façon telle que la puissance électrique transitant, avec stockage, dans le primaire 10 soit sensiblement indépendante de la tension d'entrée Ve, ou V2. On peut en plus, de cette façon, compenser les effets d'éventuelles dérives thermiques (par exemple le seuil de tension diode Vbe16), puisque la dérive thermique de la caractéristique courant/tension d'une diode est connue. On conçoit que la composition ou comparaison des trois grandeurs I7, I10 et Vbel6, représentant respectivement la tension d'entrée Ve, ou V2, le courant débité par la source 30 et un seuil de déclenchement limitant de façon ajustée ce courant, peut être effectuée par des circuits autres que ceux de l'exemple ci-dessus. En particulier, un amplificateur opérationnel peut effectuer l'addition des deux grandeurs de commande (I7, I10) pour appliquer le résultat à un comparateur à seuil, équivalent à un soustracteur dont le changement de signe en sortie provoquerait le déclenchement voulu. Il s'agit donc globalement d'un additionneur- soustracteur à trois entrées. On remarquera que, comme la puissance d'alimentation du primaire 10 varie avec le courant maximal IM et la fréquence F de répétition, on pourrait, en variante, réguler cette puissance par modification de la fréquence F, en la faisant varier dans le sens opposé de la variation de la tension secteur Ve. Un tel asservissement pourrait consister à modifier la fréquence propre d'oscillation LC, par exemple par un réglage dynamique du condensateur 11, en l'ajustant ou en mettant en service des condensateurs dans un jeu de diverses valeurs, ceci sous la commande d'un microprocesseur. x8 2779881 REVENDICATIONS 1.- Chargeur de batterie comportant des moyens tampons (10) de stockage d'énergie électrique agencés pour recevoir, d'une source primaire (30) de tension déterminée, un courant d'alimentation de puissance électrique déterminée et pour ensuite restituer à une batterie (25) un courant correspondant à l'énergie stockée, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (13, R14, R15, R16) de commande des moyens de stockage (10), agencés pour stabiliser, en fonction de la tension de la source primaire (30), la puissance d'alimentation appliquée aux moyens de stockage (10). 2.- Chargeur selon la revendication 1, dans lequel les moyens de stockage comportent une inductance (10) de primaire d'un transformateur de recharge de batterie et les moyens de commande comportent un circuit additionneur (R14, R15, R16) pour additionner le courant de l'inductance (10) et un courant représentant la tension de la source (30) et pour commander, d'après le résultat, un interrupteur (13) de charge impulsionnelle de l'inductance (10). 3.- Chargeur selon la revendication 2, dans lequel le circuit additionneur comporte un dipôle (R14, R15) de commande d'un amplificateur (16) de contrôle de l'interrupteur de charge (13), dipôle relié, à une extrémité, à un circuit (7) de fourniture du courant représentant la tension d'entrée et relié à l'inductance (10) par un point milieu du dipôle (R14, R15). 4.- Chargeur selon la revendication 3, dans lequel l'amplificateur (16) de contrôle de l'interrupteur de charge (13) est alimenté à partir d'un bobinage annexe (12) du transformateur. 5.- Chargeur selon la revendication 4, dans lequel le bobinage annexe (12) est relié à un pont diviseur (R17, R18), de fourniture d'une tension de référence, agencé pour être alimenté par la source (30). 9 2779881 6.- Chargeur selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel le circuit de fourniture du courant représentant la tension de la source comporte un filtre actif (3, R4, R5, R6, 7). 7.- Chargeur selon la revendication 6, dans lequel le filtre actif (3, R4, R5, R6, 7) est un générateur réglable de courant commandé par la tension de la source (30). 8.- Chargeur selon l'une des revendications 3 à 7, dans lequel le dipôle de commande (R14, R15) comporte un transducteur courant/tension non linéaire. 9.- Chargeur selon l'une des revendications 2 à 8, dans lequel il est prévu des moyens de réception d'un terminal portable (21), agencés pour coupler magnétiquement l'inductance primaire (10) à une inductance secondaire (20) de recharge de batterie (25) du terminal.