Brevet FR2827676A1 — publié le 20030124

La présente invention concerne un procédé de diagnostic d'un consommateur électrique à l'aide d'une unité d'exploitation, le con sommateur électrique étant alimenté avec une tension d'alimentation Vcc par l'intermédiaire d'un diviseur de tension. s Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeu vre du procédé. Domaine technique Pour diagnostiquer des étages de puissance (par exemple des étages de puissance FET, discrets) d'appareils de commande, on enre o gistre la tension réelle appliquée aux étages de puissance (tension de drain-source) par un port analogique et on convertit en une valeur numé rique. Les ports analogiques nécessaires pour l'exploitation de signaux analogiques générés par des capteurs, n'existent qu'en nombre limité sur des microcontrôleurs (pC). Dans le cours du développement de généra s tions d'appareils de commande, le nombre de signaux à exploiter aug mente en permanence. Déjà dans les générations actuelles d'appareils de commande, le nombre de signaux à exploiter dépasse le nombre de ports analogiques/numériques nécessaires à leur exploitation dans les micro contrôleurs, de sorte qu'il faut sélectionner les signaux analogiques à con vertir. Etat de la technique Selon le document US 4 654 645, on connait une installa tion de reconnaissance pour détecter la défaillance d'un composant élec trique. Selon cette solution, le composant électrique est branché en série 2s sur l'élément de commutation et constitue ainsi un montage en série. Une unité de traitement génère un signal de commande de l'élément de com mutation entre une position de fermeture et une position de coupure, pour commander le courant passant dans le montage en série. Un comparateur compare la tension aux bornes du composant électrique à une tension de so référence fournie par un générateur de tension de référence. Le compara teur génère un signal résultant qui correspond au résultat de la comparai son du comparateur. Le signal résultant est appliqué à l'unité de traitement. Cette unité de traitement détecte à son tour l'état de fonction nement du montage en série en surveillant la combinaison du signal de ss commande et du signal résultant de la comparaison. Le document DE 40 12 109 C2 concerne un dispositif de surveillance du fonctionnement d'un moyen de commutation électri que/électronique, du consommateur relié à ce moyen par une commande ainsi que de la ligne de liaison. I1 est prévu au moins une logique de saisie de défaut branchée en parallèle sur le moyen de commutation; le point de liaison entre le moyen de commutation et le consommateur reçoit un po- tentiel de référence. La logique de saisie de défaut reçoit le potentiel de la s borne d'entrée et de la borne de sortie du moyen de commutation ainsi que le potentiel de référence. La logique de saisie de défaut distingue entre les défauts de court-circuit vers le pôle plus, la coupure de la charge et le court-circuit à la masse à l'aide des potentiels qu'il reçoit. Le document WO 87/07388 concerne un procédé de con o trôle de circuits de résistance de charge. Ce procédé survèille un grand nombre de ctrcuits de résistance de charge commandés par un étage de puissance commun pour en déterminer l'aptitude au fonctionnement. A la fois lors de la commande et de la non commande de l'étage puissance commun, dans tous les cas, on mesure des caractéristiques électriques s dans tous les circuits de résistance de charge à l'aide d'un circuit d'exploitation et on les compare à des références déterminées. Lorsqu'on constate des déviations, on active une installation d'affichage le cas échéant également une installation de commutation qui coupe l'étage de puissance d'un circuit de résistance de charge considéré comme inapte au o fonctionnement à l'aide de moyens de commutation appropriés. Cela per- met de garantir le bon fonctionnement des ctrcuits de résistance de charge intacts, qui subsistent. Si tous les circuits de résistance de charge com- mandés par un étage de puissance commun devaient étre défaillants, après détection des circuits de résistance de charge défaillants, ceux-ci s seront coupés de l'étage de puissance commun, de sorte que l'étage de puissance est protégé contre toute sollicitation inacceptable. Selon le doeument EP 0 516 633 B1, on connait un procédé et un dispositif de surveillance du fonctionnement d'un consommateur électrique. En comparant un signal servant de commande du consomma teur et d'un signal de retour envoyé au circuit de commande, on surveille le fonctionnement d'un consommateur électrique commandé par le circuit de commande. Le signal de retour est influencé par un élément RC bran- ché entre la tension d'alimentation et la masse. Pour détecter un court- circuit du consommateur par rapport à la masse, par rapport à la tension ss d'alimentation ou encore une coupure de ligne entre le ctrcuit de com- mande et le consommateur, on effectue de manière échelonnée dans le temps, au moins une interrogation de comparaison avant une commuta- tion du consommateur. Exposé de l' invention La présente invention a pour but de remédier à ces incon- vénients et concerne à cet effet un procédé du type défini ci-dessus, ca- ractérisé en ce qu'un premier port de diagnostic numérique et un second port de diagnostic de l'unité d'exploitation sont reliés par un diviseur de tension à la tension d'alimentation et les ports de diagnostics reconnais- sent une tension Ubas ou une tension Uhaut suivant la tension qui leur est appliquée. Selon d'autres caractéristiques avantageuses: o - lorsque le consommateur électrique est branché, les ports de diagnostic reconnaissent une tension Uhaut dans le chemin principal et prennent un état " haut ", à l'état branché du consommateur électrique, les ports de diagnostic reconnaissent une tension Ubas dans le chemin de charge et prennent s un état consommateur électrique. Le procédé selon l'invention offre l'avantage d'exploiter un consommateur électrique sans occuper de canaux analogiques d'un dispo sitif d'exploitation. La solution selon l'invention assure l'exploitation par deux entrées numériques parmi les nombreuses entrées numériques du microcontrôleur. La solution selon l'invention économise des canaux ana logiques du microcontrôleur (pC), avec une économie de ressource. A la place d'un microcontrôleur (pC), on peut également utiliser d'autres com 2s posants par exemple un réseau logique, un amplificateur opérationnel ou une unité de traitement discrète. Les canaux analogiques non utilisés grâce à la solution de l'invention sont ainsi disponibles comme entrées pour des capteurs dont les signaux de sortie peuvent uniquement être traités par un canal analogique. Selon d'autres caractéristiques, le procédé prévoit que: - lorsque le consommateur électrique est branché et pour un état " haut >> correspondant à la tension Uhau appliquée au premier port de diagnostic, l'unité d'exploitation constate un court-ctrcuit avec la ten sion d'alimentation, 3s - le consommateur électrique étant coupé et si l'état " bas ', correspon dant à la tension Ubas est appliqué aux deux ports d'entrce, l'unité d'exploitation reconnâît un court-ctrcuit vers la masse, - lorsque le consommateur électrique est coupé alors que le premier port de diagnostic reçoit un état " haut '> correspondant à la tension UH et que l'autre port de diagnostic est à un état " bas " correspondant à la tension UL, l'unité d'exploitaffon conclut à une coupure de charge. s En ce qui concerne le dispositif, il est caractérisé en ce que le port de diagnostic numérique est précédé chaque fois d'une résistance de protection et le diviseur de tension comprend une première résistance R1 vis-à-vis de la tension d'alimentation et deux autres résistances identi ques. o La solution selon l'invention rend le diagnostic de l'étage de puissance plus simple, plus économique à fabriquer et moins encombrant. L'étage de diagnostic est réalisé par deux entrées numériques et plusieurs résistances; les deux entrées numériques sont reliées par un diviseur de tension à une tension d'alimentation par exemple une tension U = 5 V. s Ainsi, la tension appliquée au premier port numérique (port numérique haut) est plus élevée que celle appliquée au second port numérique (port numérique bas). Selon la tension, les ports de diagnostic reconnaissent l'état de tension " bas ', (Ubas exemple (Uhaut > 3,6 V). o A l'aide du branchement des ports numériques de diagnos tic du microcontrôleur (pC), on peut effectuer un diagnostic complet du consommateur électrique pour en déterminer des courts-circuits avec la masse, avec la tension de batterie ou une coupure de charge. L'exploitation se fait par deux entrées de diagnostic, numériques et le si s gnal de commande du consommateur électrique, par exemple un étage de puissance. Par comparaison avec les solutions ou pro cédés rep osant sur des mesures de temps, l'interrogation de port est plus simple, plus rapide et beaucoup plus fiable du point de vue de la programmation et des ressources de calcul. De plus, on peut équiper des consommateurs élec triques comme par exemple les étages de puissance, en option avec un détrompeur de polarité à diodes. La fonction de diagnostic des trois états de défaut évoqués est assurée également lorsqu'on utilise un détrompeur de polarité à diodes, qui comporte une diode de blocage, avec une résis s5 tance de dimension approprice en parallèle à la diode de blocage. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans l'unique fi gure annexée qui est un schéma d'un montage pour un microcontrôleur à deux ports de diagnostic numériques. Description des modes de réalisation L'unique figure montre le montage de deux ports de diag s nostic numériques d'un microcontrôleur C. La figure montre le montage de diagnostic entre un micro contrôleur (C) portant la référence 17 ou un composant d'exploitation ou encore un réseau logique d'une unité de traitement discrète ou encore un amplificateur opérationnel et un consommateur électrique 1 par exemple o sous la forme d'un étage de puissance, discret. L'étage de puissance re présenté peut faire partie par exemple d'une commande de démarreur basse tension. La tension d'alimentation Vcc par exemple 5 V est appliquée par le chemin de charge du consommateur électrique au muicrocontrôleur s 17 par l'intermédiaire de la borne de branchement 2. La ligne d'alimentation reliant la tension d'alimentation 2 au point de détection 15 du premier port de diagnostic numérique 4 comporte une première résis tance 8 (R1). La prise 15 du premier port de diagnostic numérique 4 est reliée par une ligne d'alimentation au premier port de diagnostic numéri o que 4 du microcontrôleur 17; cette ligne comporte une première résis tance de protection 6 fortement ohmique (1OOK]. Sous la prise 15 du premier port de diagnostic 4, dans le diviseur de tension 14, on a une se conde résistance 9 (R2). Derrière la seconde résistance 9 (R2), le diviseur de tension 14 comporte un autre point de détection 16. Une ligne relie ce s point de détection 16 au second port de diagnostic numérique 4 du micro contrôleur 17. Cette ligne comporte une autre résistance de protection 7 (1OOK). Sous le point de détection 16 relié au second port de diagnostic 5 du microcontrôleur 17, selon l'unique figure, le diviseur de tension 14 comporte une troisième résistance 10 (R3). Le diviseur de tension 14 est relié à la masse par le point 13. Les deux résistances de protection 6, 7 intégrées dans les lignes des ports de diagnostic numériques 4, 5 du microcontrôleur 17, peuvent être par exemple des résistances d'une valeur de lOOK alors que la première résistance (R1) correspond à 4,7K et les deux autres résistan 3s ces 9 et 10 (R1, R2) du diviseur de tension 14 ont chaque fois une valeur de 14,7K. Une ligne de commutation 11 est associce au chemin de charge du consommateur électrique 1 sous la forme d'un étage de puis sance. Cette ligne peut par exemple être commutée par un élément de commutation (transistor). Sa sortie porte la référence 12. Entre la dériva- tion de la ligne de commande 11 et le consommateur électrique, on peut prévoir un détrompeur de polarité 3. Le détrompeur de polarité 3 se com s pose d'une diode de blocage 3.1 dont le sens passant est dirigé vers le mi- crocontrôleur 17. En parallèle à la diode de blocage 3.1 du détrompeur de polarité 3, on a une résistance 3.3 (RD) qui a par exemple une valeur de 1K47. Les deux ports de diagnostic numériques 4, 5 prévus sur le o microcontrôleur 17 et servant au diagnostic de l'état du consommateur électrique 1 sont reliés par le diviseur de tension 14 à la tension d'alimentation 2 (par exemple une tension de 5V). I1 fournit nécessaire- ment au premier port de diagnostic numérique 4 une tension élevée (port haut) alors que le second port de diagnostic numérique 5 reçoit une ten sion faible (niveau faible). Selon la tension faible appliquée (par exemple Ubas 3,5V), on aura des états " bas " (O) et a hauts " (1) sur les deux ports de diagnostic numériques 4, 5. L'état de fonctionnement correct du système est reconnu par les deux ports de diagnostic numériques 4, 5 du microcontrôleur 17 o lorsque le consommateur électrique 1 n'est pas commandé, par l'intermédiaire du chemin de charge relié à la tension d'alimentation 2. Dans ce cas, on aura les états tic numériques 4, 5 du microcontrôleur. Si l'étage de puissance est coupé par l'élément de commutation 12, les deux ports de diagnostic numériques 4, 5 du microcontrôleur 17 passent à l'état bas (O). Dans les deux cas, suivant le tableau donné ci-après, le microcontrôleur 17 conclut que l'état de fonctionnement est correct. Si le consommateur électrique 1 est à l'état branché et si à la place du niveau " bas " (O) le premier port de diagnostic numérique 4 reconnaît un niveau haut, le microcontrôleur 17 estime qu'il y a un court-circuit sur la tension d'alimentation 2. Si le consommateur électrique 1 est coupé et que les deux ports de diagnostic numériques sont à un niveau bas correspondant à une tension contrôleur 17 passent à l'état (O) et le microcontrôleur 17 reconnaît l'état: court-circuit à la masse. Si le consommateur électrique 1 en forme d'étage de puis- sance d'une commande de démarreur basse tension est par exemple cou- pé et si le premier port de diagnostic numérique 4 reçoit un niveau haut (1) alors que le second port de diagnostic numérique 5 reçoit un niveau bas (0), le consommateur électrique 1, coupé sera considéré comme cor- respondant à une coupure de charge. La variante de circuit représentée dans l'unique figure d'un s microcontrôleur 17 permet de diagnostiquer un consommateur électrique 1 sans utiliser de canal analogique, car suivant le type de construction du microcontrôleur 17, ces canaux n'existent pas ou leur nombre disponible est réduit. Le circuit de l'unique figure assure l'exploitation de l'état du consommateur électrique 1 par deux ports de diagnostic numériques 4, 5 o du microcontrôleur 17 et du signal de commande du consommateur élec- trique 1. Par comparaison avec la solution utilisant un convertisseur analogique/numérique ou un procédé utilisant un tel convertisseur, repo- sant sur des mesures de temps, l'interrogation du premier port de diag- nostic numérique 4 ou du second port de diagnostic numérique 5 du s microcontrôleur 17 est beaucoup plus simple, plus rapide et beaucoup plus sure du point de vue de la programmation et des ressources de cal- cul. La variante de circuit proposée selon l'invention permet d'assurer en option également une protection d'erreur de polarité par des diodes (R3) qui ne limite pas l'aptitude au diagnostic au consommateur électrique 1. o En parallèle à la diode de blocage 3.2 utilisée dans le détrompeur de pola- rité 3, on place une résistance 3.1 ((RD) dimensionnée de manière appro- priée. Pour un calculateur utilisant des valeurs UH = 3.5 V et UL = 2,4 V, pour les résistances choisies (R1) = 4,7K, (R2) = (R3) = 14,7K et RD = s 1K47, on obtient pour les cas 1, 3, 4, 5 exposés, les niveaux de tension suivants: A Dhaut Dbas l)Arrét O 1 1 Oui 2)Marche 1 0 0 Oui 3) Marche 1 1 X KS - Us 4)Arrét 0 0 0 KS - GND )Arrét 0 1 0 Coupure de change Dans le cas d'un consommateur électrique 1, coupé, le si- gnal de sortie prend la valeur O et les ports de diagnostic numériques 4, 5, on aura le signal correspondant à UH = 3,5 V, c'est-à-dire le signal numé rique " 1 ". Selon la relation: (12V - 0,7V)xR3 > Uh.'t R1 + R2 + R3 on aura pour les valeurs données ci-dessus, un niveau de tension de 4,87 V qui dépasse en toute sécurité le seuil de tension du > soit 3,5 V. La même remarque s'applique pour le consom s mateur électrique branché par l'intermédiaire de l'interrapteur. L'état cor- rect, pour les deux ports de diagnostic numériques 4, 5 du microcontrôleur 17, on aura chaque fois les signaux logiques a (O) " cor- respondant à une tension UL 3,5 V pour déclencher l'état de " niveau haut.. Dans le quatrième cas, lorsque le consommateur électrique S 1 est coupé, on aura une tension UL donnée par la relation suivante: VCCX RD / / R2+R3 R1 + RD //R2 + R3 Avec les valeurs données ci-dessus pour R1, R2, R3, RD et Vcc, on aura une tension Ubas égale à 1,19 V. Cette tension est très en des- sous du seuil de tension UL = 2,4 V correspondant au déclenchement d'un . Dans le cinquième cas, dans lequel selon les explications précédentes, on a une chute de charge, lorsque le consommateur électri s que 1 est coupé, on aura sur le premier port de diagnostic numérique 4 la tension UH correspondant à l'état 1. La tension du premier port de diag- nostic numérique 4 se décrit par la relation suivante: UDH = R2 + R3 + R1 XVCC>UhaUt Pour les valeurs de tension ci-dessus, on aura une valeur de tension Uhaut = 4, 31 V supérieure au seuil de déclenchement UH = 3,5 V pour le déclenchement d'un ' sur le premier port de diagnos- tic numérique 4. s Le second port de diagnostic numérique 5 du microcontrô leur 17 donne une tension Ubas selon la relation suivante: UDL = R2 + R3 + R1 x Vcc " coupure de charge " sur le second port de diagnostic numérique 5 du mi- crocontrôleur 17, on aura un état NOMENCLATURE 1 Consommateur électrique 2 Tension d'alimentation (Vcc = 5 V) s 3 Détrompeur de polarité 3.1 Diode de blocage 3.2 Sens passant 3.3 Résistance 4 Premier port numérique (haut) o 5 Second port numérique (bas) 6 Première résistance de protection 7 Seconde résistance de protection 8 Première résistance R1 9 Seconde résistance R2 Troisième résistance R3 11 Ligne de commande 12 Commande 1 3 Masse 14 Diviseur de tension 15 Première prise du premier port de diagnostic 16 Autre point de prise du second port de diagnostic 17 Microcontrôleur (C), unité d'exploitation, amplificateur opérationnel, 18 Elément de commutation. REVENDICATIONS 1 ) Procédé de diagnostic d'un consommateur électrique (1) à l'aide d'une unité d'exploitation (17), le consommateur électrique (1) étant alimenté avec une tension s d'alimentation Vcc (2) par l'intermédiaire d'un diviseur de tension (14), caractérisé en ce qu' un premier port de diagnostic numérique (4) et un second port de diag- nostic (5) de l'unité d'exploitation (17) sont reliés par un diviseur de ten- sion (14) à la tension d'alimentation (2) et les ports de diagnostics (4, 5) 0 reconnaissent une tension Ubas ou une tension Uhau suivant la tension qui leur est appliquée. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que is lorsque le consommateur électrique (1) est branché, les ports de diagnostic (4, 5) reconnaissent une tension Uhaut dans le chemin principal et pren- nent un état " haut ', (1). 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' à l'état branché du consommateur électrique (1), les ports de diagnostic (4, ) reconnaissent une tension Ubas dans le chemin de charge et prennent un état 4 ) Procédé selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'unité d'exploitation (17) diagnostique un état de fonctionnement correct du consommateur électrique (1). 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque le consommateur électrique (1) est branché et pour un état 3s tension d'alimentation (2). 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le consommateur électrique (1) étant coupé et si l'état pondant à la tension Ubas est appliqué aux deux ports d'entrée (4, 5), l'unité d'exploitation (17) reconnat un court-ctrcuit vers la masse. 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque le consommateur électrique (1) est coupé alors que le premier port de diagnostic (4) reçoit un état " haut " (1) correspondant à la tension UH et que l'autre port de diagnostic (5) est à un état " bas " (0) correspondant o à la tension UL, l'unité d'exploitation (17) conclut à une coupure de charge. 8 ) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le port de diagnostic numérique (4, 5) est précédé chaque fois d'une ré- sistance de protection (6, 7) et le diviseur de tension (14) comprend une première résistance R1 (8) vis-à-vis de la tension d'alimentation (2) et deux autres résistances (9, 10) identiques. 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par un détrompeur de polarité (3) associé au consommateur électrique (1) et qui comporte une diode de blocage (3.1). ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la diode de blocage (3.1) du détrompeur de polarité (3) comporte en paral lèle une résistance (3.3).