Brevet FR2830695A1 — publié le 20030411

L'invention concerne un procédé de production d'une tension d'alimentation, notamment pour des circuits numériques, dans un véhicule automobile, à partir d'une tension d'entrée plus élevée supérieure à 12 V, notamment une tension de réseau de bord de 42 V, selon lequel, dans un mode normal, à partir de la tension de réseau de bord, une tension intermédiaire d'un niveau compris entre la tension de réseau de bord et la tension d'alimentation est produite au moyen d'un convertisseur cc/cc et, à partir de la tension intermédiaire, la tension d'alimentation est produite au moyen d'au moins un régulateur linéaire. L'invention concerne également un circuit d'alimentation en tension pour la mise en oeuvre d'un tel procédé, comprenant au moins un régulateur linéaire et un convertisseur cc/cc connecté avant le ou les régulateurs linéaires, afin de produire, à partir d'une tension supérieure à 12 V, notamment une tension de réseau de bord de 42 V, et par l'intermédiaire d'une tension intermédiaire, une tension d'alimentation plus faible, notamment pour des circuits numériques. De tels circuits d'alimentation en tension ou modules d'alimentation en tension ou en courant trouvent par exemple une application dans la technique automobile. Du fait du passage de la tension de réseau de bord de 12 V à 42 V dans de futurs véhicules de tourisme, une série de problèmes se présente avec l'exigence simultanée de l'alimentation en tension d'appareils de commande, plus précisément de la technique des circuits numériques, avec une tension connue, par exemple de 5 V, 3,3 V ou également 2,5 V. Par exemple, les régulateurs de tension fixe de type linéaire, utilisés dans une architecture de réseau de bord de 12 V et servant à produire une tension d'alimentation de 5 V jusqu'à présent courante, sont exclus en raison de la différence de tension considérablement plus élevée, qui se présente dans les futurs véhicules de tourisme, et de la puissance dissipée dans le régulateur linéaire qui en résulte, étant donné que ceux-la ne pourraient plus parvenir au résultat sans des mesures supplémentaires de refroidissement qui entraîneraient des surcoûts considérables d'une manière constituant un inconvénient. Il n'est pas non plus question, pour des raisons de coût, d'envisager l'utilisation de régulateurs linéaires spéciaux rendus optimaux à cet effet qui sont chers. En outre, dans la technique automobile, l'exigence existe que maints appareils de commande ou circuits numériques, tels que par exemple l'appareil de commande prévu pour le verrouillage central, la commande à distance, etc., doivent fonctionner même dans le mode de jour dans lequel, suivant les circonstances, le véhicule est mis à l'arrêt pour un temps assez long. Il est tenu compte de cette circonstance au moyen d'un mode de repos d'appareils de commande individuels, qui doivent rester actifs au moins d'une manière cyclique, par une mise hors circuit complète d'autres appareils de commande dont on n'a pas besoin. Dans un tel mode de fonctionnement (mode de stationnement), le courant de repos est dans le domaine des microampères, par exemple d'environ 100 uA, à la différence d'un mode normal dans le domaine des milliampères, par exemple d'environ 200 mA. C'est pourquoi, dans EP 0 805 540 A 1, pour réduire la puissance thermique dissipée sur les régulateurs linéaires, il est proposé de connecter un convertisseur de courant continu (convertisseur cc/cc) avant les régulateurs linéaires et de réduire de cette manière la consommation de courant de la batterie, ainsi que la puissance (thermique) dissipée. Toutefois, un inconvénient se présentant pour ce circuit monté suivant une architecture de réseau de bord de 12 V classique réside, lorsqu'on l'utilise dans un réseau de bord présentant une tension plus élevée, par exemple 42 V, dans le fait qu'il en résulte que l'exigence de courant de repos dans un mode de stationnement au moins sans utiliser des pièces spéciales ou mesures de refroidissement, d'un prix élevé et non souhaitables, ne peut pas être respectée. C'est pourquoi la présente invention a pour but de fournir un procédé de production d'une tension d'alimentation et un circuit d'alimentation en tension pour sa mise en oeuvre, respectivement des types génériques définis en introduction, qui, d'une manière économique et simple, respectent également l'exigence de courant de repos dans un mode de stationnement ou mode de repos. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé, du type générique considéré, caractérisé en ce que, dans un mode de stationnement, le convertisseur cc/cc est mis hors circuit et fait l'objet d'une dérivation au moyen d'un circuit de dérivation, de sorte que la tension d'alimentation est produite directement au moyen du ou des régulateurs linéaires. Dans le même but, l'invention a également pour objet un circuit d'alimentation de tension, du type générique considéré, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation en tension comporte un circuit de dérivation, afin que le convertisseur fasse l'objet d'une dérivation dans un mode de stationnement. Dans la mesure où, conformément à l'invention, dans un mode de repos, la tension d'alimentation ou tension de sortie prévue pour des circuits numériques, notamment d'un niveau de 5 V, 3,3 V et 2,5 V ou moins, s'obtient uniquement au moyen d'un ou plusieurs régulateurs linéaires, l'exigence de courant de repos très faible dans le domaine des microampères peut être respectée, étant donné que, pour un faible courant d'alimentation, la puissance dissipée d'un régulateur linéaire reste dans le domaine des microampères, même pour une différence de tension assez grande entre tension d'entrée et tension de sortie ou d'alimentation, et n'augmente ainsi que d'une manière peu importante le courant de repos déjà produit ou consommé par l'appareil de commande dans le mode de repos, en donnant un courant de repos total. Conformément à l'invention, cela est réalisé au moyen d'un dérivation, par exemple à l'aide d'un circuit de dérivation, notamment d'un transistor de dérivation, du convertisseur connecté avant le régulateur linéaire ou les régulateurs linéaires, une mise hors circuit pouvant avantageusement être effectuée dans ce mode pour réduire encore davantage la consommation de courant du convertisseur. Pour le dérivation et la mise hors circuit et en circuit du convertisseur, il existe des possibilités de réalisation les plus diverses possible, telles que par exemple un couplage avec la serrure d'allumage ou un appareil de commande prévu à cet effet, ou d'autres événements éventuellement liés entre eux, au moyen desquels un mode de repos ou mode de stationnement peut se distinguer d'un mode normal. Suivant un développement de l'invention, l'activation et la désactivation de la dérivation, et éventuellement en outre la mise hors circuit et en circuit associée du convertisseur, s'effectuent au moyen d'un commutateur à valeur de seuil de courant de charge qui met le convertisseur en circuit et la dérivation hors circuit lorsqu'est franchie vers le haut une valeur de seuil préfixée du courant de charge dans le circuit de sortie ou circuit d'alimentation, ou une valeur proportionnelle à celle-ci (par exemple une valeur de seuil de courant de charge dans le circuit intermédiaire ou des distributeurs de celui-ci), et met en circuit la dérivation et hors circuit le convertisseur lorsque la valeur de seuil est franchie vers le bas (mode de stationnement). Suivant un autre développement de l'invention, la commande de la dérivation et du convertisseur est effectuée par un micro-contrôleur auquel sont envoyés, en tant que signaux, des événements tels que "l'appareil de commande passe en mode de repos", "le moteur est mis à l'arrêt", et"le régulateur de courant situé entre la batterie et la dynamo est commuté en mode de batterie", etc., de sorte que la commande de la dérivation et du convertisseur dépend d'un phénomène pris seul ou en combinaison déterminée (au moyen d'un logiciel approprié). Dans la forme préférée de réalisation conforme à l'invention, cette commande est effectuée au moyen d'un ASIC (circuit intégré spécifique d'application) de réveil, lequel peut effectuer les mêmes tâches de la même manière que celle décrite précédemment pour le micro-contrôleur, mais, dans le mode de repos, à la différence du micro-contrôleur ou microprocesseur, dépend directement de la tension de réseau de bord au lieu de la tension d'alimentation du module de tension et, par suite, peut réaliser un mode de repos même au moyen d'une mise hors circuit complète non seulement du convertisseur, mais également des régulateurs linéaires. Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, des tensions d'alimentation différentes peuvent être produites au moyen de plusieurs régulateurs linéaires à partir de la tension intermédiaire produite par le convertisseur, afin par exemple d'alimenter d'une manière appropriée différents groupes de circuits d'un appareil de commande avec des tensions d'entrée différentes. Il est possible de connecter après les régulateurs linéaires un circuit logique qui surveille les tensions de sortie ou tensions d'alimentation et, lors de l'apparition de défauts déterminés, produit un signal de remise à l'état initial et, en fonction des exigences du microcontrôleur utilisé, met hors circuit l'une des tensions de sortie ou toutes celles-ci. Le procédé de production d'une tension d'alimentation conforme à l'invention peut ainsi présenter en outre l'une ou l'autre des particularités suivantes ou les deux : - la commutation entre mode normal et mode de stationnement s'effectue au moyen d'un dispositif de commande en fonction du courant de charge passant du côté tension d'alimentation, - différentes tensions d'alimentation sont produites en utilisant plusieurs régulateurs linéaires. Le circuit d'alimentation en tension conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes : - le convertisseur cc/cc est réalisé de façon à pouvoir être commandé, afin d'être mis en circuit lorsque le circuit de dérivation est mis hors circuit et à être mis hors circuit lorsque le circuit de dérivation est mis en circuit, - le circuit d'alimentation en tension comprend un dispositif de commande, afin de commander le circuit de dérivation, et de préférence en outre le convertisseur cc/cc, en fonction du courant de charge passant du côté tension d'alimentation, - le dispositif de commande est réalisé sous forme d'un commutateur à valeur de seuil de courant, - le dispositif de commande est réalisé sous forme d'un micro-contrôleur, - le dispositif de commande est réalisé sous forme d'un ASIC (circuit intégré spécifique d'application) de réveil, - le ou les régulateurs linéaires comportent une sortie de remise à l'état initial qui délivre un signal de remise à l'état initial lorsqu'une valeur de seuil de tension est franchie vers le bas. L'invention est exposée ci-après en détail à l'aide d'exemples de réalisation représentés aux dessins. Sur ceux-ci, on voit : à la figure 1, un schéma d'une première forme de réalisation d'un circuit d'alimentation en tension conforme à l'invention, à la figure 2, un schéma d'une deuxième forme de réalisation d'un circuit d'alimentation en tension conforme à l'invention, à la figure 3, un schéma d'une troisième forme de réalisation d'un circuit d'alimentation en tension conforme à l'invention et, à la figure 4, un schéma des formes de réalisation d'un circuit d'alimentation en tension des figures 1,2 et 3 après lequel est connectée une unité logique de remise à l'état initial. Le circuit d'alimentation en tension représenté à la figure 1, qui peut bien entendu être également conçu sous forme d'un circuit d'alimentation en courant, comprend une batterie 1, par exemple une batterie d'automobile, qui délivre une tension de 36 V, la connexion ou la régulation entre la tension de batterie ou alimentation de batterie et l'alimentation au moyen de l'alternateur ayant habituellement lieu, ainsi que cela est courant dans un véhicule automobile, au moyen d'un régulateur non représenté en détail aux dessins. Par suite, à partir de cette tension résultant du courant IR qui passe, des perturbations dues à la conduction sont éliminées par filtrage au moyen d'un filtre à compatibilité électromagnétique (EMC) 3 et cette tension ou ce courant est envoyé à un convertisseur de courant continu 5, appelé ci-après convertisseur cc/c, connecté à la suite. Du côté sortie, le convertisseur cc/cc 5 est relié par l'intermédiaire d'une résistance de mesure (shunt) 7 à l'entrée 9a d'un régulateur de tension fixe de type linéaire 9, appelé ci-après régulateur linéaire, à la sortie 9b duquel la tension d'alimentation voulue prévue pour un circuit numérique, par exemple un appareil de commande situé dans un véhicule automobile, d'un niveau approprié de par exemple 5 V, 3,3 V, 2,5 V, etc., est produite. Ainsi qu'il ressort de la figure 1, l'entrée 5a et la sortie 5b du convertisseur cc/cc 5 sont reliées par un circuit de dérivation 11 pouvant être mis en circuit et hors circuit. La commande ou la mise en circuit et hors circuit de la dérivation 11, ainsi que la mise en circuit et hors circuit du convertisseur cc/cc 5 s'effectue dans cet exemple de réalisation au moyen d'un commutateur à valeur de seuil de courant 13 qui, du côté sortie (13b, 13b4), est relié aux entrées de commutation ou de commande 11c, 5c du circuit de dérivation 11 et du convertisseur cc/cc 5 et qui, du côté entrée (13a), prélèvent sur le shunt 7 la tension de mesure se présentant à cet endroit. En outre, sur le régulateur linéaire 9, il est indiqué une entrée de commande 9c, servant à la mise en circuit et hors circuit du régulateur linéaire, au moyen de laquelle, lorsqu'apparaissent des défauts déterminés et au moyen d'un signal de commande approprié d'un micro-contrôleur, par exemple au moyen du microcontrôleur de l'appareil de commande, la tension d'alimentation peut être coupée au moyen d'une mise hors circuit du régulateur linéaire. Si le circuit de la figure 1 se trouve dans le mode normal, le circuit de dérivation ou le commutateur de dérivation 11 est alors hors circuit et le convertisseur cc/cc 5 ne fait donc pas l'objet d'une dérivation. En outre, au moyen du convertisseur cc/cc 5 mis en circuit, il est produit une tension (de circuit) intermédiaire qui est appliquée à l'entrée 9a du régulateur linéaire 9 et à partir de laquelle la tension d'alimentation est produite à la sortie 9b du régulateur linéaire. Si un appareil de commande raccordé à cette sortie, non représenté aux dessins, passe d'un mode normal à consommation de courant dans le domaine des milliampères, par exemple de 100 mA, à un mode de repos, le courant côté sortie du circuit d'alimentation en tension chute jusqu'au courant de repos nécessaire correspondant de l'appareil de commande dans le domaine des microampères, par exemple 100 uA. Cette chute de courant est relevée par le commutateur à valeur de seuil de courant sur le shunt 7 au moyen des prises 7a, 7b, sur quoi, lorsqu'est franchie vers le bas une valeur de seuil préfixée qui est à un niveau situé entre le courant en mode normal et le courant de repos, par exemple 5 mA, le circuit de dérivation 11 est mis en circuit et en outre le convertisseur cc/cc 5 est mis hors circuit. Grâce à la mesure ainsi adoptée, dans ce mode à faible consommation de courant, la tension de sortie ou tension d'alimentation nécessaire est produite, pour un faible courant de repos, au moyen d'une dérivation du convertisseur cc/cc 5, uniquement au moyen du régulateur linéaire 9 qui, avec cette faible consommation de courant, parvient au résultat sans refroidissement supplémentaire. Du fait de la mise hors circuit du convertisseur cc/cc 5 qui, à vide, présente une consommation de courant plus élevée d'un facteur 10 en comparaison d'un régulateur linéaire, il existe une proportion de courant de repos considérablement plus faible passant par le circuit d'alimentation en tension, de sorte que l'exigence de courant de repos, pour laquelle la batterie est soumis à une charge en mode de stationnement sans alternateur qui tourne, peut être respectée. De cette manière, même après une immobilisation assez longue d'un véhicule, de plusieurs jours ou semaines, grâce à la charge faible à laquelle est soumise la batterie en raison du courant de repos réduit, la fonction d'un appareil de commande actif nécessaire au moins d'une manière cyclique dans ce mode, comme par exemple pour le verrouillage central, l'ouverture de porte, la commande à distance, etc., peut être assurée. Les circuits de la figure 2 et la figure 3 ne diffèrent du circuit de la figure 1 que par l'utilisation d'un autre dispositif de commande, à savoir l'utilisation d'un microcontrôleur 17 ou d'un ASIC de réveil 15 à la place d'un commutateur à valeur de seuil de courant 13. Un ou plusieurs signaux sont envoyés au micro-contrôleur 17 ou à l'ASIC de réveil 15 par des entrées non représentées, de sorte qu'il se présente à cet endroit des phénomènes sous forme de signal, comme"ouvrir porte","enfoncer touche de commande à distance","actionnement de serrure d'allumage", et"état de régulateur entre dynamo et batterie", etc., à partir desquels, pris isolément ou en combinaison déterminée entre eux, il est possible de déduire des différences entre mode normal et mode de repos ou mode de stationnement d'un véhicule. Si le micro-contrôleur 17 ou l'ASIC de réveil 15 décide qu'il se présente un passage d'un état à l'autre, il met en circuit le commutateur de dérivation 11 par la sortie 17b ou 15b et met hors circuit le convertisseur cc/cc 5 par la sortie 17b'ou 15b' (mode de stationnement), ou met hors circuit le commutateur de dérivation 11 et en circuit le convertisseur cc/cc (mode normal), également comme exposé précédemment pour le commutateur à valeur de seuil 13. Comme représenté à la figure 2, dans la forme de réalisation comportant un ASIC de réveil 15 en tant que dispositif de commande, il est également en outre possible, dans le mode de repos, de mettre hors circuit le régulateur linéaire 9 au moyen de la sortie 15b", étant donné qu'à la différence du micro-contrôleur 17 ou du commutateur à valeur de seuil 13, l'ASIC de réveil 15 reçoit sa tension de fonctionnement directement du réseau de bord, donc de la batterie et de l'alternateur, et que par conséquent une tension de sortie sur le régulateur linéaire 9 n'est en aucune façon nécessaire à cet effet. A la figure 4, en premier lieu, il est représenté les différentes formes de réalisation qui précèdent comportant un commutateur à valeur de seuil de courant 13, un microprocesseur 17 et un ASIC de réveil 15, tandis qu'est indiquée la possibilité que soient montés après le convertisseur non seulement un régulateur linéaire 9, mais plusieurs, par exemple trois, régulateurs linéaires 9,9', 9"qui, à partir d'une tension de circuit intermédiaire du convertisseur 5, produisent différentes tensions de sortie, par exemple pour différents groupes de sortie d'un appareil de commande. En second lieu, en vue de la sécurité de fonctionnement, ces sorties 9b, 9b', 9b"peuvent être reliées par un circuit logique de remise à l'état initial 19 à un microcontrôleur (par exemple au micro-contrôleur de l'appareil de commande), de sorte que, lorsqu'apparaissent des défauts déterminés, la tension de sortie ou d'alimentation d'un ou plusieurs régulateurs linéaires 9,9', 9"peut être coupée par exemple au moyen d'une mise hors circuit du régulateur linéaire 9,9', 9" correspondant ou le circuit complet peut être mis hors circuit au moyen d'une mise hors circuit du commutateur de dérivation 11 et d'une mise hors circuit du convertisseur 15. Les formes de réalisation précédemment exposées montrent comment, à partir d'une tension de réseau de bord futur supérieure à 12 V, par exemple de 42 V, il est possible de produire une tension d'alimentation pour des circuits numériques, notamment de 5 V, 3,3 V ou 2,5 V, l'exigence de courant de repos pour un mode de stationnement (mode de repos) prolongé restant malgré cela respectée, sans que soient utilisées des pièces ou des mesures de refroidissement onéreuses spéciales. Bien entendu, une tension d'entrée de 42 V et une tension de batterie de 36 V ne doivent être comprises que comme des valeurs absolues, et on souligne expressément le fait que des tensions d'un courant de réseau de bord de 42 V peuvent se trouver dans un domaine (de tolérance) compris entre 18 V et 58 V même sans tenir compte d'une aptitude à supporter les champs électromagnétiques (EMV). Bien entendu, le circuit conforme à l'invention et le procédé conforme à l'invention peuvent être utilisés non seulement dans la technique automobile, mais dans n'importe quels domaines dans lesquels, par exemple en raison d'une alimentation en courant se suffisant à elle-même ou pour des raisons de coût, l'exigence d'une consommation de courant particulièrement faible en mode de repos est présentée. Comme le montre la figure 4, dans chacune des formes de réalisation, il est possible de produire différentes tensions de sortie en utilisant un nombre correspondant de régulateurs linéaires différents, de sorte que la tension d'alimentation voulue peut être produite en fonction de l'exigence (tension d'entrée nécessaire des appareils, notamment appareils de commande, à faire fonctionner). Bien entendu, le nombre de trois régulateurs linéaires représenté dans l'exemple de réalisation ne doit être considéré qu'à titre illustratif, de sorte qu'un nombre quelconque de régulateurs linéaires peut être connecté après le convertisseur cc/cc. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'une tension d'alimentation, notamment pour des circuits numériques, dans un véhicule automobile, à partir d'une tension d'entrée plus élevée supérieure à 12 V, notamment une tension de réseau de bord de 42 V, selon lequel, - a) dans un mode normal, à partir de la tension de réseau de bord, une tension intermédiaire d'un niveau compris entre la tension de réseau de bord et la tension d'alimentation est produite au moyen d'un convertisseur cc/cc (5) et, - b) à partir de la tension intermédiaire, la tension d'alimentation est produite au moyen d'au moins un régulateur linéaire (9,9', 9"), caractérisé en ce que, c) dans un mode de stationnement, le convertisseur cc/cc (5) est mis hors circuit et fait l'objet d'une dérivation au moyen d'un circuit de dérivation (11), de sorte que la tension d'alimentation est produite directement au moyen du ou des régulateurs linéaires (9,9', 9"). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la commutation entre mode normal et mode de stationnement s'effectue au moyen d'un dispositif de commande en fonction du courant de charge passant du côté tension d'alimentation. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que différentes tensions d'alimentation sont produites en utilisant plusieurs régulateurs linéaires (9,9', 9"). 4. Circuit d'alimentation en tension pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant au moins un régulateur linéaire (9,9', 9") et un convertisseur cc/cc (5) connecté avant le ou les régulateurs linéaires (9,9', 9"), afin de produire, à partir d'une tension supérieure à 12 V, notamment une tension de réseau de bord de 42 V, et par l'intermédiaire d'une tension intermédiaire, une tension d'alimentation plus faible, notamment pour des circuits numériques, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation en tension comporte un circuit de dérivation (11), afin que le convertisseur (5) fasse l'objet d'une dérivation dans un mode de stationnement. 5. Circuit d'alimentation en tension suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le convertisseur cc/cc est réalisé de façon à pouvoir être commandé, afin d'être mis en circuit lorsque le circuit de dérivation (11) est mis hors circuit et à être mis hors circuit lorsque le circuit de dérivation (11) est mis en circuit. 6. Circuit d'alimentation en tension suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit d'alimentation en tension comprend un dispositif de commande, afin de commander le circuit de dérivation, et de préférence en outre le convertisseur cc/cc (5), en fonction du courant de charge passant du côté tension d'alimentation. 7. Circuit d'alimentation en tension suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de commande est réalisé sous forme d'un commutateur à valeur de seuil de courant (13). 8. Circuit d'alimentation en tension suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de commande est réalisé sous forme d'un micro-contrôleur (17). 9. Circuit d'alimentation en tension suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de commande est réalisé sous forme d'un ASIC (circuit intégré spécifique d'application) de réveil (15). 10. Circuit d'alimentation en tension suivant l'une quelconque des revendications 4 à 9., caractérisé en ce que le ou les régulateurs linéaires comportent une sortie de remise à l'état initial qui délivre un signal de remise à l'état initial lorsqu'une valeur de seuil de tension est franchie vers le bas.