Brevet FR2830696A1 — publié le 20030411

lorsqu'une valeur de seuil de tension est franchie vers le bas. Etat de la technique L'invention concerne un appareil électronique, notamment appareil de commande comportant un actionneur électromagnétique, no- tamment un relais, l'actionneur électromagnétique ayant une bobine s commutée par un commutateur sur un potentiel de tension de fonction- nement ou un potentiel de référence. On connaît déjà des appareils électroniques par exemple sous la forme d'appareils de commande de véhicules automobiles avec un relais; le relais comporte une bobine commutée par un commutateur 0 commandé, par exemple un transistor, pour être relié à une source de tension et basculer ainsi entre un potentiel de tension de fonctionnement et un potentiel de référence. Dans les véhicules automobiles et autres ap- plications d'appareils électroniques on peut rencontrer des variations de tension d'alimentation fournie par la source de tension qui limitent ou s coupent le fonctionnement de l'appareil électronique. Pour maintenir un fonctionnement correct de l'appareil électronique, on utilise par exemple des condensateurs de blocage précédés en outre par un releveur de ten slon. En outre, il est connu selon le document U. Tietze, Ch. o Schenk, " Halbleiterschaltungstechnik ", 9ème édition, Springer-Verlag, Berlin, page 561 et suivantes, un transformateur de tension continue dans lequel on règle une tension continue de sorte à l'aide d'un filtre passebas formant une valeur moyenne dans le temps. L'amplitude de la tension de sortie se définit par le rapport de travail d'un commutateur de s puissance du transformateur de tension. Avantages de l'invention La présente invention concerne un appareil électronique du type défini ci-dessus, caractérisé par un condensateur prévu de sorte que la bobine, le condensateur et l'interrupteur forment un transformateur de tension. L'appareil électronique selon l'invention offre l'avantage d'un condensateur et d'une bobine qui forment, avec un commutateur, un transformateur de tension. De cette manière, la bobine de l'actionneur s électromagnétique, qui existe de toute façon dans le convertisseur de ten- sion, peut en outre servir à la conversion de tension. La même remarque s'applique au commutateur de l'appareil électronique existant de toute façon pour activer l'actionneur électromagnétique et qui s'utilise en plus maintenant pour cadencer le transformateur de tension. Celui réduit ainsi d'autant le coût du transformateur de tension que l'on réalise. Les trans formateurs de tension existants peuvent étre réduits dans leur puissance ou méme étre supprimés. On peut réaliser selon l'invention un transformateur abais seur, releveur ou inverseur. Une réalisation particulièrement simple est celle d'un com mutateur qui comprend un simple interrupteur reliant la bobine au po tentiel de la tension de fonctionnement ou à un potentiel de référence et le o commutateur comporte en outre une diode par laquelle lorsque l'interrupteur est ouvert, le condensateur se charge à travers la bobine. Avantageusement, l'interrupteur est un interrupteur com mandé, de préférence un transistor, et l'interrupteur relie la bobine au potentiel de tension de fonctionnement ou au potentiel de référence. s I1 est particulièrement avantageux que l'opération de com mutation soit cadencce par l'interrupteur en réglant un rapport de travail (impulsion/pause) prédéterminé. Cela permet d'accorder la conversion de tension sur un état de commutation souhaité de l'actionneur électroma gnétique. o Le rapport de travail peut étre choisi pour ne pas passer en dessous d'une valeur maximale prédétermince et cette valeur maximale prédétermince est choisie pour que l'intensité du courant dans la bobine soit inférieure au courant d'attraction de l'actionneur électromagnétique, pour lequel l'actionneur électromagnétique est activé. Cela permet s d'assurer la transformation de tension lorsque l'actionneur électromagné tique n'est pas activé. I1 est en outre avantageux que le rapport de travail prenne une valeur minimale prédétermince ou ne la dépasse pas, cette valeur mi nimale prédétermince étant choisie pour que le courant moyen dans la bobine soit supérieur ou égal au courant de maintien de l'actionneur électromagnétique, courant minimum nocessaire pour maintenir l'état de commutation de l'actionneur électromagnétique une fois celui-ci activé. Cela permet de réaliser une transformation de tension lorsque l'actionneur électromagnétique est branché ou activé. 3s I1 est particulièrement avantageux que la tension générce par le transformateur de tension alimente un processeur de l'appareil électronique. On évite de cette manière que le processeur de l'appareil électronique soit endommagé par les variations de tension d'alimentation, en particulier de la source de tension. On garantit ainsi une alimentation en tension, constante, du processeur de l'appareil électronique, indépen damment des variations de tension dans l'alimentation de tension. Dessins s La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans les quels: - la figure 1 montre un premier exemple de réalisation d'un appareil électronique selon l'invention, i o - la figure 2 montre un second exemple de réalisation d'un appareil électronique selon l'invention, - la figure 3 montre un troisième exemple de réalisation d'un appareil électronique selon l'invention, - la figure 4 montre un diagramme du rapport de travail pour la com mande d'un commutateur de l'appareil électronique selon l'invention. Description des exemples de réalisation Selon la figure 1, la référence 65 désigne une source de ten sion continue, par exemple une batterie de véhicule automobile. A partir d'un potentiel de référence 30, la source de tension 65 fournit un potentiel o de tension de fonctionnement 25. A la figure 1, la référence 1 désigne un appareil électronique, par exemple un appareil de commande d'un véhi cule automobile. L'appareil électronique 1 comprend un actionneur élec tromagnétique 5 qui dans la suite est réalisé à titre d'exemple sous la forme d'un relais; cet appareil est représenté à titre de simplifcation uni quement par une bobine 10 pour commuter le relais 5. Un premier bran chement 70 de la bobine 10 reçoit le potentiel de la tension de fonctionnement 25. Un second branchement 75 de la bobine 10 est relié par un chemin de commutation d'un interrupteur commandé 15 au po tentiel de rétérence 30. L'interrupteur commandé 15 est un interrupteur à o la masse qui relie la seconde borne 75 de la bobine 10 au potentiel de ré férence 30 ou peut couper cette liaison. L'interrupteur commandé 15 est commandé par un processeur 55 avec un cTrcuit d'entrce et de sortie, par exemple un microprocesseur. La seconde borne 75 de la bobine 10 est relice à l'anode d'une diode 20 dont la cathode 115 est reliée par un condensateur 35 au potentiel de référence 30. La tension aux bornes du condensateur 35 peut être une tension continue d'alimentation Uv, constante, supplémentaire, fournie au processeur 55 en cas de défaillance de la tension d'alimentation principale représentée à la figure 1. L'interrupteur com- mandé 15 et la diode 20 forment un commutateur 60 fonctionnant comme interrupteur alterné, qui, lorsque l'interrupteur 15 est commandé à l'état passant, tire la seconde borne 75 au potentiel de rétérence 30. Dans ce s cas, il n'y a pas de charge du condensateur 35 à travers la diode 20. Lors- que l'interrupteur commandé 15 est bloqué, le condensateur 35 est chargé par l'énergie stocLée dans la bobine 10 et la diode 20. C'est pourquoi, le commutateur 60 est un interrupteur alterné. L'interrupteur commandé 15 peut être un transistor, par exemple un transistor bipolaire ou un tran o sistor à effet de champ comme à la figure 1, à titre d'exemple un transistor à effet de champ de type MOS. Comme décrit, la seconde borne 75 de la bobine 10 est tirce vers le potentiel de rétérence 30 lorsque le chemin de commutation de l'interrupteur commandé 15 est conducteur. L'inductance de la bobine 10 s a tendance à maintenir le courant qui traverse la bobine 10 lorsque l'interrupteur 15 est commandé à l'état conducteur, et cela même après la coupure de l'interrupteur commandé 15, c'est-à-dire après le blocage du chemin de commutation de l'interrupteur commande 15 pour que l'énergie de la bobine 10, après le blocage du chemin de commutation de l'interrupteur commandé 15 à travers la diode 20, passe dans le conden- sateur 35 et charge celui-ci. L'inductance de la bobine 10 constitue à cet instant, elle-même, une source de tension de sorte que le montage en série de la source de tension 65 et de la bobine 10 conduit à une comparaison entre la tension de la source de tension 65 et la tension augmentée aux s bornes du condensateur 35. Ainsi que la bobine 10, le commutateur 60 et le condensa- teur 35 forment un transformateur de tension. Ce transformateur de ten- sion est un transformateur releveur de tension comme celui décrit dans la manuel cité ci-dessus de U. Tietze, Ch. Schenk en page 563 et suivantes et dont le fonctionnement est ainsi connu du spécialiste. Pour générer une alimentation de tension continue, cons- tante, Uv pour le processeur 55, il est nocessaire, selon la figure 4, de commander l'interrupteur 15 de manière cadencce. La figure 4 montre l'amplitude A en fonction du temps (t) du signal de commande fourni par 3s le processeur 55 pour l'interrupteur commandé 15. Les impulsions de commande 80 et les pauses 85 entre les impulsions alternent périodique- ment. La période correspond à une durce (T). Le rapport entre la durce 90 d'une impulsion et la durce 95 d'une pause est le rapport impul s sion/pause ou rapport de travail 40. Pour la durée d'impulsion 90 on at- teint une valeur maximale 45 de sorte que l'on a une intensité de courant, moyenne, dans la bobine 10, suffisante pour activer le relais 5, et appelée courant d'attraction. Si la durce de l'impulsion 90 reste inférieure à cette s valeur maximale prédétermince 45, le relais 5 ne sera pas activé de sorte que la conversion de tension décrite ci-dessus ne se produira pas si le re- lais 5 n'est pas activé ou est coupé. Lorsque la durée d'impulsion 90 at- teint la valeur maximale prédétermince 45 ou dépasse cette valeur, il y aura transformation de tension lorsque le relais 5 sera activé. Dans le cas to contraire, lorsque le relais 5 est activé, la durce 90 de l'impulsion sera de nouveau réduite à une valeur minimale prédéterminée 50, inférieure à la valeur maximale prédétermince 45, sans que le relais 5 ne se coupe, c'est- à-dire que l'activation du relais 5 reste conservoe. Ce n'est qu'en dépassant vers le bas la valeur minimale 50 s prédétermince, par la durce de l'impulsion 90, que l'activation du relais 5 disparaît et le relais 5 coupe. Le relais 5 présente ainsi un comportement à hystérésis. Le courant moyen résultant de la valeur minimale prédéter- mince 50 pour la durce impulsionnelle 90 à travers la bobine 10 est ap- pelé courant de maintien ou courant de maintien minimum. I1 s'agit du o courant au moins nocessaire pour maintenir l'état de commutation du re- lais 5 après son activation. La condition est dans les cas cités cidessus que la période (T) reste constante. L'élément décisif est en effet non pas la durée 90 de l'impulsion en soi mais, comme déjà décrit, son rapport à la durce de la pause entre les impulsions 95 (rapport de travail). Ainsi, la s valeur maximale prédéterminée 45 de la durce d'impulsion 90 pour une période (T) restant constante aboutit à une valeur maximale prédétermi- nce pour le rapport de travail 40. La valeur minimale prédétermince 50 pour la durce d'impulsion 90 conduit pour une période constante (T) à une valeur minimale prédétermince pour le rapport de travail 40. o Ainsi, de manière générale, il n'y aura pas activation du re lais 5 si le rapport de travail 40 passe en dessous de la valeur maximale prédétermince pour ce rapport. Le courant moyen dans la bobine 10 reste alors inférieur au courant d'attraction du relais 5 correspondant à l'activation du relais 5. D'un autre côté, on peut choisir le rapport de tra s vail 40 pour que ce rapport prenne la valeur minimale prédéterminée ou dépasse celle-ci; l'intensité du courant dans la bobine 10 sera alors supé- rieure ou égale au courant de maintien du relais 5, nocessaire au mini- mum pour maintenir l'état de commutation du relais 5 après son activation. Le rapport de travail 40 peut être réglé naturellement d'une autre manière, quelconque, sur une valeur prédétermince, inférieure à la valeur maximale prédéterminée ou supérieure ou égale à la valeur mini- male prédétermince pour le rapport de travail 40. A titre d'exemple, la du rée impulsionnelle 90 peut rester constante et le rapport de travail 40 peut être changé en modifiant la période (T), c'est-à-dire par changement du rapport de travail. De façon correspondante, la durce des pauses entre les impulsions 95 peut rester constante et la durce 90 des impulsions peut étre modifiée; on aura alors également un changement de la période (T). o Une autre possibilité de réglage du rapport de travail 40 prédéterminé peut consister à modifier à la fois la durce de l'impulsion 90 et la durée de la pause 95 en tenant compte de la variation de la période (T). L'amplitude de la tension continue d'alimentation Uv du processeur 55 se définit par le rapport de travail avec lequel l'interrupteur 15 commandé sera périodiquement fermé, c'est-à-dire par le rapport de travail, souhaité ou défni 40. Le filtre passe-bas formé par la bobine 10 et le condensateur 35 assure la formation d'une valeur moyenne dans le temps et ainsi la tension d'alimentation constante Uv souhaitée, sur la cathode 115, comme tension d'alimentation du processeur 55. La tension o continue d'alimentation Uv fournie par le transformateur de tension ali- mente ainsi le processeur 55 de l'appareil électronique 1. La figure 2 montre un second mode de réalisation de l'appareil électronique 1 selon l'invention; dans ce mode de réalisation on a les mémes références utilisoes pour les mémes éléments que dans la fi gure 1. A la différence du premier exemple de réalisation selon la figure 1, le premier branchement 70 de la bobine 10 est relié par le chemin de commutation de l'interrupteur commandé 15 au potentiel 25 de la tension de fonctionnement. La seconde borne 75 de la bobine 10 est relice au po- tentiel de référence 30. La première borne 70 de la bobine 10 est en outre o relice à la cathode de la diode 20 dont l'anode est relice au potentiel de rétérence 30 par le condensateur 35. Le processeur 55 commande l'interrupteur commandé 15 comme dans le premier exemple de réalisa- tion. Dans le second exemple de réalisation, l'interrupteur commandé 15 et la diode 20 constituent également le commutateur alternatif 60 qui fonctionne comme transformateur de tension inversoe en combinaison avec la bobine 10 et le condensateur 35; un tel transformateur est par exemple décrit dans son fonctionnement dans le manuel évoqué ci-dessus U. Tietze, Ch. Schenk, page 570 et suivantes. La tension UA formée aux bornes du condensateur 35 a un signe algébrique opposé à celui de la tension de la source de tension 65. La tension UA sur le condensateur 35 peut étre utilisce de nouveau par l'appareil électronique 1 mais également en deLors de l'appareil électronique 1. Cela est également vrai en principe pour le premier mode de réalisation selon la figure 1 dans lequel la tension d'alimentation du processeur 55 a été donnée uniquement à titre d'exemple. Comme dans le premier exemple de réalisation, la commande de l'interrupteur commandé 15 du second exemple de réalisation se fait de manière cadencce avec un rapport de travail 40 prédéterminé pour la fi o gure 4 de sorte que sur la base de l'effet de filtre passe-bas de la bobine 10 et du condensateur 35, on aura une tension continue constante UA pour le condensateur 35. La figure 3 montre un troisième exemple de réalisation dans lequel on a utilisé les mémes références pour désigner les mémes éléments i5 que cidessus dans les exemples de réalisation précédents. Selon la figure 3, comme également dans le second exemple de réalisation, la première borne 70 de la bobine 10 est reliée par le chemin de commutation de l'interrupteur commandé 15 au potentiel de fonctionnement 25. L'interrupteur commandé 15 est commandé par le processeur 55. A la o différence du second exemple de réalisation représenté à la figure 2, le se- cond branchement 75 de la bobine 10 est relié par le condensateur 35 au potentiel de référence 30. Une autre différence par rapport au second exemple de réalisation est que le premier branchement 70 ou première bande 70 de la bobine 10 est relié à la cathode de la diode 20 dont l'anode :5 est relice au potentiel de référence 30. L'interrupteur commandé 15 et la diode 20 forment un commutateur alterné 60. Le commutateur alterné 60, la bobine 10 et le condensateur 35 forment dans ce cas un transformateur abaisseur de tension dont le principe est décrit dans le manuel U. Tietze, Ch. Schenk, à la page 563 et suivantes. Dans ce cas également, l'interrupteur commandé 15 est commandé de manière cadencce selon un rapport de travail 40 prédéterminé pour que la tension UA aux bornes du condensateur 35 soit de nouveau une tension continue constante et pré- sente dans ce cas le méme signe algébrique que la tension de la source de tension 65. La tension UA aux bornes du condensateur 35 peut toutefois prendre une valeur quelconque comprise entre 0 volt et la tension de la source de tension 65 suivant le rapport de travail choisi. La tension UA aux bornes du condensateur 35 peut servir dans l'appareil de commande électronique 1 par exemple comme tension d'alimentation du processeur ou être utilisce en dehors de l'appareil électronique 1. Le transformateur de tension de l'appareil électronique 1 permet d'éviter que des variations de la tension de la source de tension 65 limitent ou coupent le fonctionnement d'un composant alimenté par le transformateur de tension (dans le premier exemple de réalisation il s'agit du fonctionnement du processeur 55) car ces variations de tension peu- vent être compensces par le fonctionnement cadencé de l'interrupteur commandé 15 et le filtrage par un filtre passe-bas formé par la bobine 1O o et le condensateur 35, dans la mesure o ces variations de tension se si- tuent dans certaines limites de temps et d'amplitude. REVENDICATIONS 1 ) Appareil électronique (1), notamment appareil de commande compor- tant un actionneur électromagnétique (5), notamment un relais, l'actionneur électromagnétique (5) ayant une bobine (10) commutée par s un commutateur (60) sur un potentiel de tension de fonctionnement (25) ou un potentiel de rétérence (30), ., caracterse par un condensateur (35) prévu de sorte que la bobine ( 10), le condensateur (35) et l'interrupteur (60) forment un 0 transformateur de tension. 2 ) Appareil électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transformateur de tension est un transformateur abaisseur. 3 ) Appareil électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transformateur de tension est un transformateur releveur. 4 ) Appareil électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transformateur de tension est un transformateur inverseur. ) Appareil électronique (1) selon la revendication 1, 2s caractérisé en ce que le commutateur (60) comprend un interrupteur simple (15) reliant la bo bine (10) au potentiel de tension de fonctionnement (25) ou au potentiel de référence (30) et le commutateur (60) comprend en outre une diode (20) par laquelle, lors que l'interrupteur (15) est ouvert, le condensateur (35) se charge par la bobine (10). 6 ) Appareil électronique (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que 3s l'interrupteur (15) est un interrupteur commandé, de prétérence un tran- sistor. 7 ) Appareil électronique (1) selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'interrupteur (15) relie la bobine (10) au potentiel de tension de fonction nement (25) ou au potentiel de rétérence (30). 8 ) Appareil électronique (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la commutation se fait de manière cadencce en réglant un rapport de tra o vail prédéterminé (40). 9 ) Appareil électronique (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport de travail (40) passe en dessous d'une valeur maximale prédé- termince (45), cette valeur maximale (45) étant choisie pour que l'intensité du courant dans la bobine (10) soit inférieure au courant d'attraction de l'actionneur électromagnétique (5), courant pour lequel l'actionneur élec- tromagnétique (5) est activé. o 10 ) Appareil électronique (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport de travail (40) prend une valeur minimale prédétermince (50) ou dépasse cette valeur et la valeur minimale prédétermince (50) est choisie pour que le courant moyen dans la bobine (10) soit supérieur ou égal au courant de maintien de l'actionneur électromagnétique (5), courant noces- saire au minimum pour maintenir l'état de commutation de l'actionneur électromagnétique (5) après son activation. 11 ) Appareil électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension (Uv) générce par le transformateur de tension alimente un pro