Brevet FR2812414A1 — publié le 20020201

DISPOSITIF DE REGULATION DU COURANT TRAVERSANT UN ELEMENT SELFIQUE, EN PARTICULIER UNE VANNE ELECTROMAGNETIQUE z L'invention concerne un dispositif de régulation traversant un élément selfique, par exemple un solénoïde de commande d'une vanne électromagnétique, et comportant une branche série présentant ledit élément selfique et un dispositif de commande piloté par un signal de commande pour alimenter l'élément selfique à partir d'une source d'alimentation électrique, io notamment une source de tension, ainsi qu'un dispositif de mesure fournissant un signal de mesure d'un courant moyen à travers l'élément selfique, ainsi qu'un dispositif de régulation pour générer le signal de commande en fonction d'une valeur de consigne et du signal de mesure. Dans les dispositifs de régulation de type connu, le courant qui traverse le solénoïde est déterminé à partir d'une résistance de faible valeur ou shunt inséré en série avec le solénoïde. La tension développée par ce shunt est ensuite amplifiée et moyennée dans un amplificateur différentiel. Un tel dispositif présente plusieurs inconvénients. Un premier inconvénient est une chute de tension dans le circuit de commande. Un deuxième inconvénient est que la différence de potentiel présente aux bornes du shunt devant être nécessairement faible, elle doit être amplifiée et la présence de l'amplificateur induit une imprécision due aux diverses résistances de polarisation et aux tolérances inhérentes aux circuits intégrés. La présente invention a pour objet d'améliorer les dispositifs de l'art antérieur. Dans ce but, I'invention concerne un dispositif de régulation du courant traversant un élément selfique, comportant une branche série comportant ledit élément selfique et un dispositif de commande piloté par un signal de commande pour alimenter l'élément selfique à partir d'une source d'alimentation électrique ainsi qu'un dispositif de mesure fournissant un signal de mesure d'un courant moyen à travers l'élément selfique et comportant un 2 2812414 dispositif d'acquisition d'un signal représentatif d'un courant à travers l'élément selfique et un circuit moyenneur dudit signal représentatif d'un courant pour produire un signal représentatif du courant moyen dans l'élément selfique, ainsi qu'un dispositif de régulation pour générer le signal de commande en fonction d'une valeur de consigne et du signal de mesure caractérisé en ce que le dispositif d'acquisition est disposé en parallèle avec un des composants, élément selfique ou dispositif de commande, de la branche série. Selon un premier mode de réalisation, le dispositif lo d'acquisition comporte en parallèle avec l'élément selfique une branche comportant en série un premier élément résistif et une diode, la diode étant en inverse lorsque le dispositif de commande est dans un état o l'élément selfique est couplé à ladite source d'alimentation. Le circuit moyenneur peut alors comporter un transistor dont I'électrode de porte reçoit un signal de commutation pour commuter ledit transistor en opposition avec ledit dispositif de commande, dont l'électrode de drain reçoit un signal représentatif de la tension aux bornes dudit premier élément résistif, et dont l'électrode de source, qui constitue une sortie d'un signal représentatif dudit courant moyen, est connectée à un élément capacitif en parallèle avec un deuxième élément résistif. L'électrode de drain du transistor peut être connectée à la borne commune entre la première résistance et la diode à travers un pont diviseur. Ce pont diviseur peut avoir une première extrémité connectée à ladite borne commune, une deuxième extrémité connectée à une source de tension électrique, et un point milieu connecté à ladite électrode de drain, la tension de ladite source de tension étant choisie de sorte que la tension audit point milieu du pont diviseur ait une valeur positive ou nulle. Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif d'acquisition comporte un élément semi-conducteur formant miroir de courant avec le dispositif de commande et qui présente une sortie délivrant un dit signal représentatif du courant. 3 2812414 Le dispositif de commande peut comporter un transistor de puissance dont le signal de commande est un signal de modulation par largeur d'impulsions. Le dispositif de commande et le dispositif d'acquisition sont avantageusement constitués par un transistor de puissance ayant un miroir de courant intégré. Le circuit moyenneur peut présenter un amplificateur dont une entrée est connectée à ladite sortie de l'élément semi-conducteur formant miroir de courant et dont la sortie, qui constitue une sortie d'un signal représentatif du courant moyen à travers l'élément selfique, est connectée à une cellule résistance capacité formant un filtre passe bas. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description ci-après, donnée à titre d'exemples non limitatif, en liaison avec les dessins dans lesquels: - la figure la représente un mode de réalisation préféré de is la première variante, la figure 1 b représentant un chronogramme des signaux aux points M, E, P et K de la figure la, et les figures 2a et 2b illustrent son fonctionnement dans les deux états commutés du transistor de puissance, - la figure 3 représente une courbe caractéristique de la tension de mesure Vm en fonction du courant moyen dans la bobine S, - la figure 4 représente un mode de réalisation préféré de la deuxième variante de l'invention, et - la figure 5 représente une courbe caractéristique de la tension de mesure Vs en fonction du courant moyen à travers le solénoïfde Si pour le mode de réalisation de la figure 4. Comme le montre la figure 1, un solénoïde S dont une des bornes est connectée à un pôle de mode commun ou masse, est disposé en série avec un dispositif de commande, ici un transistor MOS de puissance PT dont la source est connectée à un pôle d'une source de tension d'alimentation, par exemple de 12V, dont l'autre pôle, au potentiel de masse, est connecté à une borne des solénoïdes. L'électrode de porte du transistor PT reçoit un signal de commande Vc qui est un signal de modulation par 4 2812414 largeur d'impulsions ("PWM") dont le rapport cyclique est variable de manière à contrôler la valeur du courant moyen Im qui traverse le solénoïde S. Dans une application, ce solénoïde est le solénoïde de commande d'une vanne électromagnétique, et plus particulièrement une vanne de commande du compresseur d'un véhicule automobile. La régulation recherchée de la valeur moyenne de l'intensité à travers le solénoïde S permet de rendre le composant, compresseur ou vanne électromagnétique, insensible à la fluctuation de la tension d'alimentation, par exemple de la tension de la batterie d'un véhicule, ainsi que de la variation interne des propriétés du solénoïde (résistance et inductance) en fonction de la température. En parallèle avec le solénoïde S, on dispose une résistance Rs en série avec la diode D qui est montée en inverse par rapport à la tension d'alimentation. La tension prélevée au point commun E à la résistance Rs et la diode D est fournie à un pont diviseur (Rc1, Rc2) dont une extrémité est connectée à une source de tension d'alimentation, par exemple 5V, de sorte que le point milieu P commun aux résistances Rc1 et Rc2 reste toujours à une tension positive ou à la rigueur nulle (voir le chronogramme de la figure lb). Ce point commun P est connecté au drain d'un transistor à effet de champ T2 dont la source, qui constitue la sortie K du signal Vm représentatif de courant moyen dans le solénoïde S, est connectée à une résistance Rm et à un condensateur Cm branchés en parallèle. La porte du transistor T2 est connectée au collecteur d'un transistor bipolaire T1 polarisé par une résistance R. et dont la base reçoit à travers une résistance R2 un signal prélevé au point commun M entre le solénoïde S et le drain du transistor PT. Le dispositif fonctionne de la manière suivante. Lorsque la tension Vc est à un niveau qui commande la fermeture de l'interrupteur constitué par le transistor PT (Fig. 2a), un courant Il traverse le solénoïde S et seulement celui-ci en raison de la présence de la diode D en inverse. Lorsque la tension Vc est à un niveau tel que l'interrupteur constitué par le transistor PT est ouvert (Fig. 2b), le courant 12 dans le solénoïde S traverse maintenant la résistance Rs et la diode D. C'est ce 2812414 courant qui est mis à profit dans le cadre de la présente invention pour en déduire la valeur moyenne du courant qui traverse le solénoïde S. Avec le montage tel que décrit ci-dessus, le transistor T2 n'est à l'état fermé et ne communique au condensateur Cm la tension à mémoriser que lorsque le transistor PT est à l'état ouvert et que le courant 12 circule à travers la résistance Rs. Cette mémorisation par le condensateur Cm permet de "reconstruire" ensuite à la sortie K le courant moyen de commande Im dans le circuit du solénoïde S bien que celui-ci ne soit pas "visible" par ledit dipôle D, Rs. Ce signal Im est représenté en pointillés sur le chronogramme de la io figure lb. Le mode de réalisation décrit permet ainsi de capter le courant du solénoïde S en mettant en parallèle un dit dipôle diode résistance, de convertir la tension négative aux deux sorties de ce dipôle en une tension positive et enfin de restituer la valeur du courant dans le solénoïde S grâce à s5 un circuit échantillonneur bloqueur qui permet d'extraire une valeur moyenne de ce courant. Il en résulte une absence de chute de tension due à la mesure, de faibles tolérances et un coût peu élevé. La valeur de la tension Vm permet ensuite d'asservir à l'aide d'un microprocesseur MP le rapport cyclique du courant Vc de manière que le courant moyen Im à travers le solénoïde S soit maintenu à une valeur de consigne. La commande du transistor T2 par la tension de commande du solénoïde S à travers le transistor T1 permet d'assurer une commande en opposition entre le transistor PT et le transistor T2, c'est-à-dire que lorsque l'un est ouvert, I'autre est à l'état fermé. EXEMPLE: Le transistor PT est un transistor MOS de référence BTS611 de la Société INFINEON. Le solénoïde S présente une résistance de 8 Q et une self de 50 mH. D est une diode 1N4004, Rs = 10 Q, Rcl = 3,4kQ, Rc2 = 1 kQ. 6 2812414 Le transistor T2 peut être un transistor MOS à canal N de type 2N7002. Rm = 22k , Cm = 22pF. Le transistor T1 est un transistor de type NPN de référence BC817. La figure 3 qui représente la tension Vm en fonction du courant moyen Im montre que cette tension Vm est inversement proportionnelle au courant moyen Im développé dans la bobine. Cette relation est linéaire. A la figure 3, la courbe n'est pas une droite en raison du fait que l'échelle des o abscisses qui a été choisie n'est pas elle-même linéaire. Le dispositif décrit ci-dessus est ensuite intégré dans une boucle de régulation par exemple une commande de compresseur automobile par microprocesseur. La commande est régulée en courant pour rendre le compresseur insensible à la fluctuation de tension de la batterie du véhicule ainsi qu'à la variation interne de la résistance et de l'inductance du solénoïde en fonction de la température. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 4, le solénoïde S1 présente à ses bornes et ce de manière classique, une diode D1 en inverse par rapport à la tension d'alimentation, par exemple 12V. La source 2o de tension d'alimentation présente deux bornes, une à +12V connectée à une borne du solénoïde SI, et une borne au potentiel de masse, connectée à la source du transistor TR. Le courant qui traverse le solénoïde S1 est déterminé par la mise en oeuvre d'un transistor intégré TR qui comprend un transistor à effet de champ PT1 et un miroir de courant MC qui sont l'un et l'autre commandés à partir d'une tension de commande Vc, par exemple une tension modulée par largeur d'impulsions ("PWM"). Le miroir de courant MC donne à sa sortie s un signal qui est proportionnel au courant traversant le transistor principal PT1. Ce signal est introduit à l'entrée d'un amplificateur A dont la sortie K1 est connectée à un filtre passe-bas (R1 en série et C1 en parallèle) pour donner un signal de sortie Vs qui est directement la moyenne du courant traversant le transistor PT1 et 7 2812414 donc le solénoïde S1. Du fait que la sortie s délivre un signal de courant, on dispose une résistance Rs1 pour développer une tension qui est amplifiée par I'amplificateur A de gain donné, par exemple 10. Pour une tension de commande Vc de fréquence environ 400Hz délivrée par le microprocesseur avec un rapport cyclique variable, on peut mettre en oeuvre pour le filtre passe-bas une résistance R1 de 22kQ et un condensateur C1 de 22pF. Dans le cas précédent, le dispositif est ensuite intégré dans une boucle de régulation d'une commande de compresseur automobile par microprocesseur. La commande est régulée en courant pour rendre le io compresseur insensible à la fluctuation de tension de la batterie et la variation interne de la résistance et de l'inductance du solénoïde de la vanne en fonction de la température. La figure 5 montre la relation linéaire qui existe entre la tension Vs en sortie de l'amplificateur A et le courant moyen Im dans le solénoïde Si. L'invention pouvant être mise en oeuvre avec des transistors de puissance MOS ou bipolaires, ou bien des thyristors, on comprendra que les termes porte, source et drain sont à prendre comme des termes génériques désignant également la base, l'émetteur et le collecteur d'un transistor bipolaire par exemple. 8 2812414 REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation du courant traversant un élément selfique, comportant une branche série comportant ledit élément selfique et un dispositif de commande piloté par un signal de commande pour alimenter l'élément selfique à partir d'une source d'alimentation électrique ainsi qu'un dispositif de mesure fournissant un signal de mesure d'un courant moyen à travers l'élément selfique et comportant un dispositif d'acquisition d'un signal représentatif d'un courant à travers l'élément selfique et un circuit moyenneur 1o dudit signal représentatif d'un courant pour produire un signal représentatif du courant moyen dans l'élément selfique, ainsi qu'un dispositif de régulation pour générer le signal de commande en fonction d'une valeur de consigne et du signal de mesure caractérisé en ce que le dispositif d'acquisition (Rs, Mc) est disposé en parallèle avec un desdits composants, élément selfique (S) ou dispositif de commande (PT1), de la branche série. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'acquisition comporte en parallèle avec l'élément selfique (S) une branche comportant en série un premier élément résistif (Rs) et une diode (D), la diode (D) étant en inverse lorsque le dispositif de commande (PT) est dans un état o l'élément selfique (S) est couplé à ladite source d'alimentation. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit moyenneur comporte un transistor (T2) dont l'électrode de porte reçoit un signal de commutation pour commuter ledit transistor en opposition avec ledit dispositif de commande (PT), dont l'électrode de drain reçoit un signal représentatif de la tension aux bornes dudit premier élément résistif (Rs), et dont l'électrode de source, qui constitue une sortie d'un signal (Vm) représentatif dudit courant moyen (Im), est connectée à un élément capacitif (Cm) en parallèle avec un deuxième élément résistif (Rm). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'électrode de drain du transistor (T2) est connectée à la borne commune (E) 9 2812414 entre la première résistance (Rs) et la diode (D), à travers un pont diviseur (Rc1, Rc2). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pont diviseur (Rc1, Rc2) a une première extrémité connectée à ladite borne commune (E), une deuxième extrémité connectée à une source de tension électrique, et un point milieu (P) connecté à ladite électrode de drain du transistor (T2), la tension de ladite source de tension étant choisie de sorte que la tension audit point milieu (P) du pont diviseur (Rc1, Rc2) ait une valeur positive ou nulle. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'acquisition comporte un élément semi-conducteur (MC) formant miroir de courant avec le dispositif de commande (PT1), et qui présente une sortie (s) délivrant un dit signal représentatif du courant. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de commande comporte un transistor de puissance (PT1) dont le signal de commande (Vy) est un signal de modulation par largeur d'impulsion. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de commande (PT1) et le dispositif d'acquisition (MC) sont constitués par un transistor de puissance (TR) ayant un miroir de courant intégré. 9. Dispositif selon une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le circuit moyenneur présente un amplificateur (A) dont une entrée est connectée a ladite sortie (s) de l'élément semi-conducteur (MC) formant miroir de courant et dont la sortie, est connectée à une cellule résistance- capacité (R1, Ci) formant un filtre passe-bas, de sorte qu'elle constitue une sortie d'un signal (Vs) représentatif du courant moyen (Im) à travers l'élément selfique (S1).