Brevet FR2833113A1 — publié le 20030606

L'invention concerne un convertisseur de courant continu en courant continu (DC/DC), réversible, pour réseau à deux tensions, une tension continue élevée telle que 42 volts et une tension continue plus faible telle que 14 volts, le réseau comprenant des moyens de protection contre des surtensions. L'invention concerne également un réseau bitension comprenant un tel convertisseur. Des convertisseurs de ce type sont connus et par exemple utilisés dans des véhicules équipés d'un réseau électrique de bord bitension, la tension de 14 volts étant générée par le convertisseur. Sur les réseaux bitension le problème des surtensions est encore plus accru que dans les réseaux monotension du fait que la surtension peut venir de l'intérieur du réseau. En effet, s'il y a un courtcircuit entre un fil sous 42 volts et un fil sous 14 volts, il s'établit sur le réseau 14 volts un potentiel inacceptable en fonctionnement. Aujourd'hui la plupart des boîtiers 14 volts supportent 24 volts en continu et 35 volts en transitoire en cas d'une surtension produite lors d'une déconnexion de toute la charge ainsi que de la batterie aux bornes de l'alternateur. Si les boîtiers constatent la tension de 42 volts, ils sont susceptibles soit de s'arrêter de fonctionner soit d'être détruits. La présente invention a pour but de proposer une solution au problème des surtensions pour des réseaux bitension. Pour résoudre ce problème le convertisseur DC/DC selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est pourvu de composants permettant à la fois de protéger le convertisseur et le réseau auquel il est connecté. Selon une caractéristique de l'invention, le convertisseur comprend du côté tension plus élevée un dispositif interrupteur de protection monté en série dans le bus d'entrée et adapté pour permettre une inversion de la tension à ses bornes côté tension élevée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif interrupteur comporte au moins un transistor MOSFET. Selon une autre caractéristique de l'invention, le convertisseur comporte, du côté de la tension plus faible, au moins une diode zener qui est disposée de façon anti-parallèle entre les bornes du convertisseur. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique illustrant un mode de réalisation d'un convertisseur selon l'invention ; et les figures 2A et 2B illustrent dans des vues respectivement de dessus et latérale l'emplacement d'une diode de protection sur le dissipateur d'un convertisseur selon l'invention. En se reportant aux figures, on décrira ci-après l'invention dans son application à un convertisseur de courant continu en courant continu, appelé DC/DC, réversible, pour un réseau bitension 42 volts/14 volts. Comme le montre la figure 1, un tel convertisseur désigné par la référence générale 1 comporte essentiellement, de façon connue en soi, du côté 42 volts deux interrupteurs formés par des transistors MOSFET Tl, T2, du type canal N, qui sont montés en série entre la borne Bh du potentiel 42 volts et la masse 0 et auxquels est monté en parallèle un condensateur Cl. Les transistors MOSFET sont commandés de façon à être alternativement conducteurs par application d'une tension de commande à leur électrode de grille a et produire ainsi une tension découpée sur l'inductance L. Cette inductance L est montée entre le point de jonction P des deux transistors et la borne basse tension 14 volts Bf du convertisseur. Entre cette borne B et la masse 0 est monté un condensateur C2. Cette structure et son fonctionnement sont connus et n'ont donc pas besoin d'être décrits plus en détail. Conformément à l'invention un transistor mosfet T3 est monté dans le bus d'entrée côté tension 42 volts entre la borne Bh et le montage en série des deux transistors Tl, T2. Le MOSFET T3 est commandé en ouverture ou en fermeture par un potentiel de commande appliqué à son électrode de grille a et agit donc en interrupteur. Du côté de la tension plus faible 14 volts, c'est- à-dire entre la borne Bf et la masse est disposée une diode zener écrêteuse Dl montée en anti-parallèle. Concernant le fonctionnement du convertisseur selon l'invention, le transistor MOSFET T3 à canal N permet, par application à son électrode de commande a d'un signal de blocage afin de bloquer le courant si la polarité de la batterie est inversée. L'adjonction du transistor T3 permet de réaliser la fonction de protection sans perdre le bénéfice de la réversibilité du convertisseur. Le transistor MOSFET présente l'avantage supplémentaire de présenter une résistance équivalente faible et donc de minimiser les pertes de rendement du convertisseur dans la chaîne de production d'énergie électrique. Par ailleurs et afin d'optimiser le coût desdits transistors MOSFET, dans la mesure où ces interrupteurs ne sont utilisés qu'en statique dans le système en cas d'erreur de manipulation, on utilisera des composants dont la tension de claquage se situe juste au-delà de la tension de la batterie, soit de 36 volts. Il est possible d'utiliser des composants spécifiés à 35 volts ce qui diminue d'autant leur coût et leur résistance interne en conduction. Dans l'exemple représenté le dispositif interrupteur de protection ne comporte qu'un seul transistor MOSFET T3. On peut cependant utiliser plusieurs transistors qui seront alors montés en parallèle. Dans certains cas on pourra remplacer les transistors MOSFET par des relais, qui sont des composants moins coûteux avec des limites d'utilisation notamment en température. Du côté 14 volts du convertisseur, la diode zener Dl permet de cumuler les fonctions de protection du convertisseur et du réseau 14 volts. On pourrait aussi utiliser plusieurs diodes zener. Concernant la fonction de la ou des diodes zener Dl, si pour une raison quelconque un court-circuit se produit entre les parties de réseau 14 volts et 42 volts, la diode entre en avalanche et permet de protéger la partie de réseau 14 volts et de faire fondre le fusible de tête sur la partie de réseau 42 volts. Ceci permet donc à la fois de limiter la tension sur la partie de réseau 14 volts à 35 volts max et de faire fondre plus rapidement les fusibles côté 42 volts pour assurer la déconnexion. La tension limite en sortie du convertisseur permet également d'utiliser des condensateurs de sortie dont la tenue en tension est limitée à 25 volts en continu et 35 volts en transitoire. En cas d'inversion de la connexion batterie deux cas de figure peuvent se produire. Soit le réseau est équipé d'un boîtier de déconnexion batterie qui ne valide la connexion que si la batterie est connectée à l'endroit, soit la diode de sortie se met en conduction lorsque la batterie est branchée et fait fondre un fusible de tête du réseau. Là aussi le réseau et le convertisseur sont protégés. Concernant la ou les diodes zener Dl, un composant de choix pour réaliser leur fonction est la diode de redressement pour l'alternateur. Ce composant est en effet dimensionné pour tenir les chutes de charge appelés LOAD DUMP issus de l'alternateur. Cette diode permet de dissiper de l'énergie en avalanche, ce qui est primordial pour cette fonction. Les figures 2A et 2B montrent un exemple avantageux de placement de la diode sur le convertisseur pour qu'il puisse dissiper cette énergie en avalanche. Les figures montrent le dissipateur 2 par exemple en aluminium du convertisseur, avec ses ailettes de refroidissement 3. La diode d'écrêtage Dl est emmanchée dans le dissipateur, dans sa base 4, en 5. Le culot de la diode est relié à la masse, c'est-à-dire au dissipateur. La connexion de la diode est fixée par soudure électrique ou brasure sur le bus bar ou le circuit imprimé du convertisseur. Cette configuration permet d'intégrer la diode avec un minimum de changement sur le dissipateur. Dans cette position, la diode est refroidie et peut parfaitement résister aux contraintes auxquelles on lui demande de résister. Concernant encore la protection du convertisseur du côté basse tension 14 volts, il est possible d'utiliser aussi des transistors MOSFET, comme du côté 42 volts. Cependant, du côté 14 volts, le courant est trois fois plus important, ce qui nécessiterait alors l'utilisation de trois fois plus de transistors MOSFET, avec un impact sur le rendement également trois fois plus important. Ceci produirait des surcoûts inacceptables pour une fonction qui correspond à un mode ne se produisant que très ponctuellement et résultant d'une mauvaise utilisation du système. REVENDICATIONS 1. Convertisseur de courant continu en courant continu (DC/DC), réversible, pour réseau à deux tensions, une tension continue élevée telle que 42 volts et une tension continue plus faible telle que 14 volts, le réseau comprenant des moyens de protection contre des surtensions, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de protection à la fois pour protéger le convertisseur (1) et la partie de réseau de faible tension, auquel il est susceptible d'être connecté contre des surtensions. 2. Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend du côté tension élevée un dispositif interrupteur (T3) monté en série dans le bus d'entrée et adapté pour permettre une inversion de la tension à ses bornes côté tension élevées. 3. Convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif interrupteur (T3) comporte une électrode de commande auquel est appliqué un potentiel de blocage lors d'une inversion de la tension à ses bornes (B4) côté tension élevée. 4. Convertisseur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif interrupteur (T3) comporte au moins un transistor MOSFET. 5. Convertisseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif interrupteur (T3) comporte une pluralité de transistors MOSFET, montés en parallèle. 6. Convertisseur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte, du côté de la tension plus faible au moins une diode zener (Dl) qui est disposée de façon anti-parallèle entre les bornes (Bf) et la masse (0) du convertisseur (1). 7. Convertisseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la diode zéner (Dl) est montée sur le dissipateur thermique (2) du convertisseur (1), le culot de la diode étant fixé sur le dissipateur. 8. Réseau bitension d'alimentation en énergie électrique, notamment réseau bitension pour véhicule automobile, du type comprenant un convertisseur de tension continue en tension continue et des moyens de protection contre des surtensions, caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur selon l'une des revendications 1 à 7.