Brevet FR2821995A1 — publié le 20020913

Domaine technique La conversion d'énergie électrique, par exemple, dans un réseau embarqué dans un véhicule, se fait habituellement par des convertisseurs statiques. Ceux-ci transforment des grandeurs continues en des grandeurs alternatives d'une certaine fréquence ou inversement des grandeurs alternatives en des grandeurs continues. Les grandeurs alternatives ou continues sont par exemple des tensions ou des intensités. Il est également possible de convertir des grandeurs continues dans des grandeurs continues, par exemple une tension continue en une tension continue d'un autre niveau de tension. Etat de la technique Selon le document DE 199 47 476.1 on connaît un convertisseur pour convertir de l'énergie électrique. Ce convertisseur est utilisé dans un réseau embarqué de véhicules automobiles et comprend au moins un demi-pont. Le demi-pont est lui-même formé d'au moins un commutateur côté haut et d'un commutateur côté bas. Les commutateurs sont prévus en un nombre quelconque sur le demi-pont. Les commutateurs côté haut sont reliés à un pôle positif alors que les commutateurs côtés bas sont soit reliés à la masse soit au pôle négatif et ils sont reliés à des composants générant de l'énergie électrique, par exemple un alternateur. En parallèle au demi-pont, on a un condensateur de circuit intermédiaire dont la capacité doit être aussi faible que possible. Pour cela, on décale la commande des commutateurs pour que le courant que doit fournir le condensateur du circuit intermédiaire reste aussi faible que possible. Dans les convertisseurs courant continu/courant continu utilisés actuellement (convertisseur continu/continu), on génère seulement un signal à largeur d'impulsion modulée (signal PWM) dans un circuit monophasé. Le procédé de commande habituel consiste à générer un signal de référence sous la forme d'un trapèze. Dans ce procédé de commande, les impulsions de temps de remise à l'état initial sont chaque fois décalées d'une demi-période T/2 les unes des autres. L'inconvénient des signaux de référence de forme trapézoïdale réside dans les mauvaises propriétés du comportement électro-magnétique. De plus, dans ce procédé de commande, le fait que les instants de remise à l'état initial soient fixés à la demi-période T/2 constitue un inconvénient car leur application à des ponts multiphases, décalés, ne peut se faire qu'avec des moyens importants. Exposé de l'invention La présente invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé par les étapes suivantes : - décalage de la tension de référence UR d'un temps de temporisation cor- respondant au décalage ou, - décalage d'un signal PWM d'une durée de temporisation To, qui corres- pond à la durée de la période T divisée par le nombre n de décalages. Le procédé selon l'invention permet de commander de manière garantie des demi-ponts multiphases, commandés de manière décalée et le décalage des impulsions de commande peut se faire de deux manières différentes. D'une part on peut décaler la tension de référence d'une période To. Cela se fait à l'aide d'un générateur de signal ou en utilisant un élément de temporisation analogique sur lequel on règle les temps morts dans des plages étendues. Suivant le nombre des demi-ponts utilisés, pour arriver à des pauses de commande suffisantes, on règle des points de commande écartés régulièrement dans le temps. A ce moment, la commande du demi-pont correspondant se fait à l'aide d'ordres de commande PWM, centrés, préférables à des signaux PWM alignés sur une extrémité, de manière à éviter l'atténuation des signaux et leur chevauchement. D'autre part, le décalage des impulsions de commande peut se faire par des demi-ponts multiphasés commandés en cadence ainsi que par un décalage des impulsions PWM d'un temps mort To. Pour cela on utilise un élément T tel que par exemple un élément de temps mort ou un registre à décalage, à fonctionnement analogique. Dans le cadre de la génération des signaux de commande de manière numérique, on peut utiliser des compteurs qui sont remis à l'état initial par le flanc chaque fois positif ou négatif du signal PWM concerné. On exploite les états de comptage des compteurs numériques ; lorsque les critères sont satisfaits, on peut mettre à l'état ou remettre à l'état initial des portes de sortie en fonction des signaux. Dans le cas d'une commande en cadence doublement décalée (n = 2) des signaux de commande, des applications du procédé selon l'invention permettent soit de former une image symétrique de la tension de référence URef ou de la tension de commande Ust et de moduler ainsi un signal PWM, c'est-à-dire de le décaler dans le temps dans la durée de la période. Le procédé selon l'invention pour générer des impulsions de commande, décalées, pour des demi-ponts multiphasés, peut se faire soit par un algorithme de programme dans un micro-contrôleur, soit comme logique programmable ; on peut également prévoir un circuit. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un module d'un demi-pont pour une commande dé- calée, - la figure 2 montre un redresseur triphasé complet formé de trois demi- ponts identiques avec une commande décalée, - la figure 2.1 montre un convertisseur de tension continue (convertis- seur continu/continu) avec des niveaux de tension différents, - la figure 3 montre un décalage de la tension de référence URefl de To, - la figure 4 montre un décalage des signaux PWM d'un temps de tempo- risation To = Tperiode/n, - la figure 5 montre la génération de signaux PWM pour des commuta- tions décalées deux fois avec un élément de temporisation, - la figure 6 montre la conversion de la temporisation avec formation d'une image symétrique de la tension de référence pour u = 50 %, - la figure 7 montre la génération de signaux PWM décalés avec des ca- dences décalées deux fois, - la figure 8 montre la conversion numérique de la temporisation pour des compteurs de flancs positifs/négatifs du signal PWM. Description de mode de réalisation La figure 1 montre un module d'un demi-pont pour une commande décalée. La figure 1 montre un module d'un demi-pont 1 pour un convertisseur avec une commande décalée. Comme exemple, on prévoit quatre commutateurs branchés en parallèle 4,5, 6,7 ainsi que 8,9, 10, 11. On peut également envisager n'importe quel autre nombre de commutateurs branchés en parallèle ou n'importe quel autre nombre de branches partielles en parallèle. La référence 2 désigne une capacité de circuit intermédiaire alors que les références 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 désignent des inductances de découplage nécessaires pour le fonctionnement du convertisseur. Selon la figure 2, on a un convertisseur triphasé complet formé de trois demi-ponts identiques pour une commande décalée. Chacun des deux demi-ponts 12, 13, 14 comporte des inductances de découplage 3. 1, 3. 2, 3. 3, 3. 4. Pour la commande des com- mutateurs, on peut par exemple utiliser une installation de commande et de régulation. Les références 15,16, 17 désignent les enroulements de phase d'un alternateur représentés par exemple sous forme schématique ; cet alternateur est mis en oeuvre avec des convertisseurs multiphasés ayant chacun un demi-pont 12,13, 14. Selon la figure 2.1, on a un convertisseur de tension continue (convertisseur continu/continu) avec des niveaux de tension différents. Le convertisseur de tension continu 18, selon la vue de la figure 2.1, comprend un demi-pont analogue à celui de la vue de la figure 1. Sur le côté haut du demi-pont 1 suivant la vue de la figure 2.1, on a des commutateurs côté haut 4,5, 6,7 ; sur le côté bas du demi-pont, selon la figure 2. 1, on a des commutateurs côté bas 8,9, 10,11. Les différentes branches parallèles des demi-ponts du convertisseur de tension continue 18, selon la figure 2.1, sont munies chaque fois d'inductance de découplage 3.1, 3.2, 3.3, 3.4. Dans la variante du demi-pont 1, selon la figure 1, le demi-pont servant de convertisseur de tension continue 18, selon la vue de la figure 2.1, comporte d'autres capacités sous la forme d'un condensateur 21. Le premier niveau de tension 19 est donné par une tension continue de 14 V qui correspond à celle de l'alimentation d'une partie du réseau embarqué dans le véhicule alors que le second niveau de tension 20 du convertisseur de tension continue 18, selon la figure 2. 1, correspond par exemple à un niveau de 42 V pour d'autres consommateurs du réseau électrique d'un véhicule automobile. La vue de la figure 3 montre le décalage d'une tension de référence Upef suivant la durée de temporisation To. La vue de la figure 3 montre la courbe de la tension de commande 30, Ust qui ne varie pas en fonction du temps. La tension de commande 30 est combinée à une tension de référence Upefi correspondant à une courbe triangulaire 31. Le signal PWM-32 (PWM 1) est un signal rectangulaire. Si l'on décale la tension de référence 31 de la durée de temporisation To, 33, on aura une tension de référence 35 décalée de la durée de temporisation To, 33. La durée de temporisation To se détermine suivant la relation : Wo = Tperiode/n. Dans cette formule, n représente le nombre de décalages, c'est-à-dire le nombre de cadences. On a le même effet en cas de décalage du signal PWM-32 de la durée de temporisation To (référence 33) si la tension de commande Usd, 30 et la tension de référence URef 31 restent inchangées ; la tension de référence présente toujours un tracé essentiellement triangulaire qui est extrêmement avantageux pour l'application à un signal PWM-32 centré, notamment pour améliorer les caractéristiques électromagnétiques. Le signal PWM décalé qui en résulte est représenté à la figure 3 sous la référence 36 ; il est également décalé de To, comme la courbe de la tension de référence 31 selon le diagramme gauche de la figure 3. La figure 4 montre l'obtention de signaux PWM, décalés par formation d'un signal symétrique de la tension de commande Ust et de la tension de référence URef avec une cadence décalée deux fois (n = 2). La partie gauche de la vue de la figure 4 montre le symétrique de la courbe de la tension de référence UR, 31, pour u = 50 %. A partir de la symétrie de la tension de référence 31, URef suivant l'axe de symétrie 38, fixé dans cet exemple par exemple à u = 50 %, selon un choix arbitraire, on obtient cette courbe en rabattant la tension de référence 31, UR. Les signaux PWM 32-36 que l'on obtient répondent ainsi aux équations suivantes : PWM1 = SIGN (URefi-Ust) PWM2 = SIGN (URef2 -Ust). La comparaison des courbes du signal PWM 1 (référence 32) et de la courbe du signal PWM2 (référence 36) montre que l'opération représentée sur la tension de référence 31 décale le second signal PWM 36 de la durée de temporisation ou de temps mort To, 33. Dans la partie droite de la figure 4, on a représenté une autre possibilité d'opération pour générer une temporisation d'un signal PWM 31. Cette représentation concerne également le cas particulier n = 2 avec une cadence du signal PWM décalée de deux fois. Selon cette variante du procédé de l'invention, on conserve le signal de référence, c'est-à-dire la tension de référence UR, 31, avec son profil triangulaire alors que pour la tension de commande 30 Ust, on prend la forme symétrique suivant l'axe de symétrie 38 situé à u = 50 %. On forme les signaux PWM 32,36 selon cette variante de réalisation en appliquant les relations suivantes : PWM1 = SIGN (URef-Ustl) PWM2 = SIGN (Ust2 -URef). En faisant également l'image symétrique de la tension de commande 30, Ust on peut retarder le second signal PMW 36 du temps de temporisation de temps mort To, 33. La vue de la figure 5 montre la construction d'un dispositif pour générer les signaux PWM avec une commutation décalée deux fois. La sortie du signal PWM est fournie sur une prise et on l'applique à un élément de temporisation 40. L'élément de temporisation 40 est un élément de temporisation analogique ; on peut également régler le temps de temporisation To (référence 33) de manière préréglée, pour obtenir un signal PWM 36 décalé dans le temps. Si la conversion se fait de manière numérique, on peut équiper l'élément de temporisation 40 d'un registre à décalage. La figure 6 explicite la conversion de la temporisation en formant l'image symétrique de la tension de référence Up (référence 31). La figure 6 correspond à une conversion de la partie gauche du diagramme selon la figure 4. La tension de commande Ust, 30, est appliquée aux deux entrées à signe positif du côté de l'entrée 44 des amplificateurs opérationnels 41,42. La sortie 45 des amplificateurs opérationnels 41,42 fournit les signaux de sortie reliés à l'entrée inversée des éléments K, 46,47, dont la sortie fournit de nouveau des signaux PWM 32,36, décalés les uns par rapport aux autres. Ces signaux sont disponibles. La tension de référence 31, URef est appliquée directement à l'entrée de l'élément KI, 46, alors que l'élément K2,47, est précédé par un étage inverseur 43. Celui-ci implémente l'axe de symétrie 3B pour u = 50 % ; selon la relation y = x-1, on forme l'image symétrique de la tension de référence URf (référence 31) et on règle selon la figure 4 la courbe représentée, c'est-à-dire en particulier on la décale dans le temps. La figure 7 montre l'obtention de signaux PWM décalés avec une commutation décalée deux fois en formant l'image symétrique de la tension de commande Ust pour u = 50 % et ensuite on forme le signal PWM inversé. Selon l'image symétrique de la tension de commande 30, Ust donnée dans la partie droite de la figure 4, dans le montage de la figure 7, l'étage inverseur 43 est en amont de l'amplificateur opérationnel 42 pour la tension de commande 30. Dans cette variante, pour le cas particulier n = 2, on applique directement la tension de référence 31 Upef à un élément Kl ou à un élément K2,46, 47. En sortie, l'élément KI, 46, et l'élément K2, 47, ont des si- gnaux PMW, 32,36, décalés les uns par rapport aux autres de To c'est-à- dire du temps de temporisation ou du temps mort réglé. La vue de la figure 8 montre une conversion numérique de la temporisation des signaux PWM avec des compteurs numériques pour les flancs de signaux positifs/négatifs du signal PWM. Dans cette variante de réalisation, numérique, l'horloge 50 (CLK) est reliée par des lignes de liaison à l'entrée de cadence 52 de chaque flip-flop 51, 53 ; les flip-flops 51,53 branchés en série reçoivent le signal PWM maître, dominant. La sortie positive du premier flip-flop 51 est reliée à l'entrée d'une porte logique NON-ET 55 ou d'une porte OU 54. La sortie négative du seconde flip-flop 53 est également reliée aux deux portes de combinaison 54,55. Le signal de départ émis par l'horloge 50 est en outre appliqué aux deux entrées de signal de cadence 52 des deux flips-flops 51,53, effectuant un comptage, à l'entrée d'horloges 60 de chaque fois un compteur numérique 56,57. Le compteur numérique 56 compte les flancs positifs 58 ; le compteur numérique 56 compte les transitions positives 58 des flancs ; le compteur numérique 56 compte les passages des flancs négatifs 59. Les compteurs numériques 56,57 remettent à zéro les flancs positifs/négatifs respectifs du signal PWM maître. Les compteurs numériques 56,57 peuvent être réalisés par exemple sous la forme de compteurs à 12 bits qui décalent les flancs positifs 58 du temps mort To, 33, ou en variante, les flancs négatifs 59 du signal PWM, maître, du temps mort To, 33. On donnera ci-après des valeurs numériques uniquement à titre d'exemple : Etat de comptage pour TPMW = 50 s T0 = 500 ns Conditions pour haut Mise à l'état Remise à l'état initial HS1 Z~p (56) = 16 Zn (57) = 1 LS1Zn (57) = 16 Zp (56) = 1 HS2Zp (56) = 766 Zn (57) = 751 LS2Zn (57) = 766 Z~p (56) = 751 NOMENCLATURE 1. Demi-pont 2. Capacité du circuit intermédiaire 3.1 Inductance de découplage 3.2 Inductance de découplage 3.3 Inductance de découplage 3.4 Inductance de découplage 4. Commutateur côté haut 5. Commutateur côté haut 6. Commutateur côté haut 7. Commutateur côté haut 8. Commutateur côté bas 9. Commutateur côté bas 10. Commutateur côté bas 11. Commutateur côté bas 12. Premier demi-pont 13. Second demi-pont 14. Troisième demi-pont 15. Enroulement de phase 16. Enroulement de phase 17. Enroulement de phase 18. Redresseur de tension continue 19. Premier niveau de tension 20. Second niveau de tension 21. Condensateur 30. Tension Ust 31. Tension de référence UR 32. Premier signal PWM 33. Temporisation, temps mort 34. Décalage de To 35. Tension de référence décalée 36. Signal PWM décalé 37. Image symétrique de la tension de référence 38. Axe de symétrie u = 50 % 39. Signal PWM inversé 40. Elément de temporisation analogique 41. Amplificateur opérationnel 42. Autre amplificateur opérationnel 43. Etage d'inversion 44. Côté d'entrée 45. Côté de sortie 46. Elément KI 47. Elément K2 50. Horloge 51. Flip-flop 52. Entrée d'horloge 53. Autre flip-flop 54. Porte OU 55. Porte ET-NON 56. Compteur numérique des flancs positifs 57. Compteur numérique des flancs négatifs 58. Signal de flanc positif 59. Signal de flanc négatif 60. Entrée d'horloge. REVENDICATIONS 1 ) Procédé pour générer des impulsions de commande décalées pour des convertisseurs polyphasés (12,13, 14) ou des convertisseurs de tension continue (18), caractérisé par les étapes de procédé suivantes : - décalage de la tension de référence UR (31) d'un temps de temporisation correspondant au décalage ou, - décalage d'un signal PWM (32) d'une durée de temporisation To (33), qui correspond à la durée de la période T divisée par le nombre n de décala- ges. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décalage de la tension de référence UR (31) se fait par déclenchement d'un générateur de signal. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décalage de la tension de référence URef (31) se fait à l'aide d'un élément de temporisation (40) placé dans la courbe du signal et qui prédétermine le temps de temporisation ou le temps mort To (33). 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décalage du signal PWM (32) se fait à l'aide d'un élément de temporisation numérique (40). 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décalage du signal PWM (32) se fait par conversion numérique à l'aide d'un registre à décalage. 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de sortie du signal PWM (32) est un signal PWM centré. 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour la conversion numérique de la commande décalée des demi-ponts (12,13, 14) la temporisation du signal PWM (32) se fait à l'aide de compteurs numériques (56,57). 8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque fois l'un des compteurs numériques (56,57) correspond au flanc positif (58) et l'un des compteurs numériques (56,57) correspond au flanc négatif (59) du signal PWM (32). 9 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour des cadences décalées deux fois (n = 2) pour former l'image symétrique de la tension de référence URf (31), celle-ci traverse un étage d'inversion (43) 10 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour des cadences décalées deux fois (n = 2), pour former l'image symétrique de la tension de commande Ust (30), on applique cette tension à un étage inverseur (43). 11 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conversion de la tension décalée est implémentée du choix sous la forme d'un algorithme de programme dans un micro-contrôleur ou comme une logique programmable.