Brevet FR2832002A1 — publié le 20030509

s'étendent rectilignes dans une direction radiate. 1 2832002 REGULATEUR DE TENSION POUR COMMANDER LA SORTIE D'UN ALTERNATEUR POUR AUTOMOBILE La présente invention se rapporte à un réqulateur de tension pour commander une sortie d'un alternateur pour utilisation dans un véhicule automobile, et plus particulièrement à un réqulateur de tension qui commande une sortie d'un alternateur dont un couple d'entraînement est commandé. Un exemple d'un réqulateur de tension qui commande une sortie d'un alternateur à divers niveaux sans changer l'alternateur lui-même est décrit dans le document JP-A-5 316 667. Dans ce réqulateur de tension, un circuit pour limiter le courant d' excitation de l'alternateur est inclus et la sortie de l'alternateur est changée en ajustant fonctionnellement des résistances de division dans le circuit de limitation. Dans un véhicule automobile récent, une sortie d'alternateur plus élevée est requise pour délivrer l'énergie électrique aux divers composants électriques et électroniques. D'autre part, il est nécessaire de stabiliser la vitesse de rotation d'un moteur, spécialement dans son état au ralenti. La vitesse de rotation du moteur est considérable influencée par le couple d'entraînement de l'alternateur lorsqu'un alternateur générant une puissance élevée est utilisé. En conséquence, le moteur doit être commandé en prenant en compte le couple d'entraînement de l'alternateur. Le couple d'entraînement peut être calculé sur la base d'une intensité du courant d' excitation délivrée à un enroulement d' excitation de l'alternateur. Un réqulateur de détention constitué d'un circuit intégré monolithique (circuit intégré) est en train de devenir grandement utilisé afin de rendre le réqulateur de 2 2832002 tension compact. Pour calculer le couple de rotation d'un alternateur sur la base du courant d' excitation, il est nécessaire de détecter précisément l'intensité du courant d' excitation. Du falt que le courant d' excitation est détecté par une résistance de détectlon dans le réqulateur de tension, une valeur ohmique de la résistance de détection doit être précisément établie. La valeur ohmique de la résistance de détection est établie à un niveau désiré en ajustant fonctionnellement la résistance. Toutefois, il est difficile d'établir précisément la valeur oUmique du fait qu'une intensité du courant pour fixer la résistance est limitée par une dimension d'une aiguille de sonde à un niveau beaucoup plus faible qu'une intensité du courant en utilisation effective. De plus, il est également difficile d'établir précisément un coefficient d' amplification d'un amplificateur pour amplifier une tension détectée par la résistance de la détection. La présente invention a été réalisée au vu du problème précédemment mentionné et un but de la présente invention est de proposer un réqulateur de tension dans lequel une intensité du courant d'excitation d'un alternateur est correctement détectée sans fixer précisément la valeur ohmique d'une résistance de détection par ajustement fonctionnel ou analogue. 2s L'alternateur est composé d'un stator ayant un enroulement d'induit, un rotor ayant un enroulement d' excitation et un redresseur pour redresser un courant alternatif généré dans l'enroulement d'induit en un courant continu. Un réqulateur de tension pour commander une sortie de l'alternateur est connecté à l'alternateur. La sortie de l'alternateur est commandée en commandant une intensité du courant d' excitation délivrce à l'enroulement d' excitation. Le régulateur de tension inclut une résistance de détection à travers laquelle un courant proportionnel à une 3s intensité du courant d' excitation circule. Une tension 3 2832002 dAtecte par la rAsistance de dAtection est amplifie par un amplificateur sortant une tension dAtecte. La tension dAtecte est compare une tension de rAfrence qui correspond correctement l'intensit du courant 3 d' excitation. Un coefficient d'amplification de l'amplificateur est ajust sur la base d'une diffArence entre la tension dAtecte et la tension de 6fArence pour Agaliser de ce fait la tension dAtecte la tension de rAfArence. De cette maniAre, l'intensit du courant d' excitation est prAcisAment dAtecte sans ajuster une valeur ohmique de la rAsistance de dAtection pour ajustement fonctionnel ou analogue. Des donnes indiquant la diffArence entre la tension dAtecte et la tension de rAfArence sont mmorises dans une mmoire rAmanente et le coefficient d'amplification de l'amplificateur est ajust sur la base des donnes mmorises dans la mmoire rAmanente. Ceci evient dire que l'intensit du courant d' excitation est dAtecte prAcisAment en ajustement loctroniquement la tension dAtecte sans ajuster mAcaniquement la rsistance de dAtection. De plus, une intensit dsire du courant d' excitation est Atablie pour une unit de commande Alectronique qui dAtermine l'intensit du courant d' excitation, en prenant en compte un couple de rotation requis pour entrainement l'alternateur pour stabiliser une vitesse en ralenti du moteur. D'autres buts et caractristiques de la prsente invent ion deviendront plus faci lement apparent s part ir d'une meilleure comprhension du prAsent mode de ralisation prAfArA dAcrit ci-dessous en se rfArant aux dessins annexs. La EIG. 1 est un schma synoptique sous forme de blocs montrant un systAme entier incluant un alternateur et un rAgulateur de tension; la FIG. 2 est un schéma synaptique sous forme de blocs montrant un cTrcuit de détection de courant d' excitation utilisé dans le système représenté à la FIG. 1 i et la FIG. 3 est un schéma synoptique sous forme de blocs montrant un circuit de communication utilisé dans le système représenté à la FIG. 1. On décrira maintenant un mode de réalisation préféré de la présente invention en se référant aux dessins annexés. Tout d'abord, en se référant à la FIG. 1, une structure entière de câblage électrique d'un alternateur et d'un réqulateur de tension sera décrite. L'alternateur 1 est composé d'un induit stationnaire ayant un enroulement d'induit 101 triphasé, d'un rotor ayant un enroulement d' excitation 102 et d'un redresseur triphasé double alternance 103. Une borne plus du redresseur 103 est reliée à une borne de sortie 301 et une borne de source d'alimentation 305, et une borne moins du redresseur 103 est relice à une borne de masse 302. Une extrémité de l'enroulement d' excitation 102 est reliée à la borne de la source d'alimentation 305 et l'autre extrémité est reliée à la borne d' excitation 306. Le réqulateur de tension 2 pour commander la sortie de l'alternateur 1 inclut un MOSFET à canal N (transistor à effet de champ) 201, un circuit de détection de courant 2s d' excitation 204, un circuit de communication 209, un circuit de tension de réqulation 210, un comparateur 205 et un circuit de source d'alimentation 208 et autres composants associés. Le réqulateur de tension 2 inclut également une borne de clé de contact d'allumage 303 qui est reliée à une batterie 3 embarquée par l'intermédiaire d'un interrupteur de contact d'allumage 4 et une borne de communication 304 relice à une UCE 5 (unité de commande électronique)du moteur. Le courant d' excitation circule à travers un circuit série constitué de la borne de source d'alimentation 305, s 2832002 de l'enroulement d' excitation 102, de la borne d' excitation 306, du MOSFET 201, d'une resistance de détection 203 et de la borne de masse 302. Une intensité du courant d' excitation délivrée à l'enroulement d' excitation 202 est commandée par le MOSFET 201. Une diode de circulation 202 est reliée entre la borne de la source d'alimentation 305 et la borne d' excitation 306. Une borne de grille du MOSFET 201 est reliée à un circuit de détection de courant d' excitation 204 par l'intermédiaire d'un fil 401 et une extrémité positive de la résistance de détection 203 est reliée au circuit de détection de courant d' excitation 204 par l'intermédiaire d'un fil 402. Le circuit de communication 209 est relié au circuit de détection de courant d' excitation 204 par l'intermédiaire de fits 404 et 405. Le circuit de communication 209 communique avec l'UCE du moteur via la borne de communication 304. Un circuit série constitué de résistances de division 206 et 207 est connecté entre la borne de source d'alimentation 305 et la masse. Une tension de sortie de l'alternateur 1 est divisée par les résistances 206 et 207. La tension divisée à une tension de réqulation délivrée depuis le circuit de tension de réqulation 206 sont délivrées au comparateur 205 et les deux tensions sont comparées dans le comparateur 205. Une sortie du 2s comparateur 205 est délivrée à la borne de grille du MOSFET 201. Le cTrcuit de tension de réqulation 210 communique avec le circuit de communication 209 par l'intermédiaire d'un fil 403 pour y établir de ce fait la tension de réqulation. En se référant maintenant à la FIG. 2, on décrira de manière détaillée le circuit de détection de courant d' excitation 204. Une tension mesurée détectée par la résistance de détection 203, qui représente une intensité du courant d'excitation délivrée à l'enroulement d'excitation 102, est envoyée à un amplificateur 6 2832002 opArationnel 501 par l'intermdiaire du fil 4Q2. L'amplificateur opArationnel 501 constitue un amplificateur pour amplifier la tension dAtecte associ aux rAsistances de division SQ2 et 503. La tension amplifie appacaissant au point 551 est envoye un convertisseur A/N (analogique/num6rique) 504 et convertie en une tension numArique 8 bits (que l'on appellera par la suite tension dAtecte Vd). [a borne de grille du MOSEET 201 est relie une borne CL-bar du convertisseur A/N 504 par l'intermdiaire du fil 401 de sorte qu'un signal d'attaque du MOSEET 201 est dAtect par le convertisseur A/N 504. La tension dtecte Vd convertie depuis la tension analogique est mmorise un moment oL le signal d'attaque est commut d'ACTIE INACTIE et est sorti vers le fil 404. [orsque le circuit de dAtection de courant d' excitation 204 regoit un signal d'ordre pour ajuster le courant d'excitaLion provenant du circuit de communication 209 par l'intermdiaire du fil 405, la tension dAtecte Vd reprAsentant l'intensit prsente du courant d' excitation est dAlivre une borne A d'un comparateur numArique 505 par l'intermAdiaire du fil 404. Au mme instant, une tension de rAfrence Vr (ayant un niveau auquel le niveau de la tension dtecte Vd doit Atre ajustA) est dAlivre une borne B du comparateur numArique 505 par l'intermAdiaire d'un fil 553. Ba tension dAtecte Vd est comparde la tension de rAfArence Vr. Si la tension Vd est supArieure Vr (A>B), un signal de comptage est dAlivrA un compteur/dAcompteur 507, et si la tension Vd est infArieure Vr (A D8 et envoyes une mmoire rAmanente (EEPROM) 508. D'autre part, l'ordre d'agustement du courant d' excitation est dAlivrA une borne S d' un circuit bascule 7 2832002 (bascule) 506 depuis le circuit de communication 209 par l'intermédiaire du fil 405. 1Orsque la tension détectée Vd n'est pas égale à la tension de référence Vr, un signal pour permettre le renouvellement de la mémoire rémanente 508 est envoyé depuis une borne Q du circuit bascule 506. La mémoire rémanente 508 est renouvelée en conformité avec les sorties Dl à D8 délivrées depuis le compteur/décompteur 507 et la valeur renouvelée est mémorisée dans la mémoire rémanente 508. Au même instant, la valeur renouvelée est envoyée à un convertisseur numérique/analogique (numérique/analogique) 509 et convertie en une valeur analogique. La valeur analogique est délivrée à la résistance de division 503 de l'amplificateur par l'intermédiaire d'un fil 552. Lorsque la tension détectée Vd est égale à la tension de référence Vr (A=B), le signal est envoyé à une borne R du circuit bascule 506 pour amener, en conséquence, un niveau de sortie de la borne Q au niveau bas. Lorsque le niveau de sortie de la borne Q est passé au niveau bas, le renouvellement de la mémoire rémanente 508 est déterminé. En se référant à la FIG. 3, le circuit de communication 209 communiquant avec l'UCE 5 du moteur par l'intermédiaire de la borne de communication 304 sera décrit de manière détaillée. Le circuit de communication 209 est composé d'un circuit de commande de communication 606, d'un comparateur 605, d'un transistor 604 et d'autres composants associés connectés comme représentés à la FIG. 3. Un collecteur du transistor 604 est connecté à une tension de source Vcc via une résistance de polarisation 602 et son émetteur est mis à la masse. Un compensateur de suppression de bruit 601 est connecté entre le collecteur et l'émetteur du transistor 604. Une base du transistor 604 est connoctée au circuit de commande de communication 606 via une résistance 603. i 8 2832002 Un signal de communication provenant de l'UCE 5 du moteur est délivré à une borne plus du comparateur 605 et est comparé à une tension standard délivrée au niveau de sa borne moins. Une sortie du comparateur est délivrée au circuit de commande de communication 606. La valeur détectée Vd est délivrée au circuit de commande de communication 606 par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique/numérique 504 par l'intermédiaire du fil 404. Un signal indiquant que la valeur détectée Vd est envoyée depuis le circuit de commande de communication 606 à l'UCE du moteur par l'intermédiaire de la résistance 603 et du transistor 604. Le circuit de commande de communication 606 délivre la tension de réqulation au cTrcuit de tension de réqulation 210 par l'intermédiaire du fil 403 et l'ordre pour ajuster le courant d' excitation au circuit de détection de courant d'excitation 204 par l'intermédiaire du fil 405. On décrira maintenant la commande des sorties de l'alternateur en se référant à la FIG. 1. Sur fermeture de l'interrupteur de contact d'allumage 4, une tension de source d'alimentation est délivrée au circuit de source d'alimentation 208 et le fonctionnement du réqulateur de tension 2 est initié. Pendant une période dans laquelle le moteur est en train de démarrer, la tension de sortie de l'alternateur 1 est inférieure à la tension de régulation délivrée au comparateur 205. En conséquence, le comparateur 205 sort un signal de niveau H qui est délivré à la base du MOSFET 201. Le MOSFET 201 est rendu conducteur par le signal de niveau pour délivrer, en conséquence, le courant d'excitation à l'enroulement d' excitation 102. Lorsque la vitesse de rotation du moteur atteint une vitesse au ralenti, la sortie de l'alternateur 1 est établie et délivrée à la batterie 3. Lorsque la tension de sortie dépasse la tension de réqulation, la sortie du comparateur 205 est passée du niveau HAUT H au niveau BAS B 9 2832002 et le MOSFET 201 est bloqué pour arrêter de délivrer le courant d' excitation. Ainsi, la tension de sortie de l'alternateur 1 diminue de nouveau. La tension de sortie de l'alternateur 1 est commandée au niveau de la tension de réqulation en répétant la commande conducteur/bloquage décrit ci-dessus du MOSFET 201. La tension de réqulation elle-même est ajustée en conformité avec la communication avec l'UCE 5 du moteur. Le signal de communication est délivré continuellement depuis l'UCE 5 du moteur au régulateur de tension 2 via la borne de communication 304. Le niveau de signal de communication numérique est comparé à la tension standard du comparateur 605. La sortie du comparateur 605 est délivrce au circuit de commande de communication 606 dans lequel les types de signaux de communication qui sont délivrés sont identifiés. Lorsque le signal de données pour établir la tension de réqulation, à laquelle la tension de sortie de l'alternateur 1 doit être commandée, est délivré au circuit de commande de communication 606, le signal de données est envoyé au circuit de tension de régulation 206 sous la forme de donnces à 8 bits. Le circuit de tension de réqulation 210 converti le signal de donnces à 8 bits en une tension de réqulation analogique. Ainsi, le niveau de la tension de réqulation qui doit être délivrée au comparateur 205 est changé par communication avec l'UCE 5 du moteur. On expliquera maintenant en se référant à la FIG. 2 le fonctionnement du circuit de détection du courant d' excitation 204. La tension détectée, représentant une intensité du courant d' excitation délivrée à l'enroulement d' excitation 102, détectée par la résistance de détection 203 (représentée à la FIG. 1) est délivrce à l'amplificateur constitué de l'amplificateur opérationnel 501 et des résistances de division 502, 503. La tension détectée est amplifiée à la tension amplifice Vssl qui est 2832002 délivrée au convertisseur A/N 504. Le convertisseur analogique/numérique 504 détecte le moment auquel le MOSFET 205 est passé de l'état conducteur à l'état bloqué sur la base du signal délivré depuis la grille du MOSFET 201 à la borne CL-bar du convertisseur A/N 504. A ce moment, la tension amplifiée Vss est passée dans le convertisseur analogique/numérique 504 et convertie en un signal numérique à 8 bits qui est défini comme signal détecté Vd. La tension détectée Vd est envoyée au circuit de l0 commande de communication 606 (représenté à la FIG. 3) par l'intermédiaire du fil 404. Le circuit de commande de communication 606 envoit un signal indiquant la tension détectée Vd à l'UCE 5 du moteur lorsque celle-ci est demandée par l'UCE 5 du moteur. L'UCE 5 du moteur calcule un couple de rotation de l'alternateur 1 sur la base de l'intensité du courant d' excitation représenté par la tension détectée Vd, une vitesse de rotation du moteur et d'autres facteurs. L'UCE 5 du moteur commande le fonctionnement du moteur, en utilisant le couple de rotation calculé de l'alternateur 1, pour stabiliser la vitesse au ralenti du moteur. On expliquera maintenant comment la tension détectée Vd est ajustée pour représenter précisément l'intensité du courant d' excitation sans effectuer l'ajustement fonctionnel de la résistance de détection 203. Après que le réqulateur de tension 2 soit moulé en une seule unité, la tension détectée Vd est ajustée de la manière suivante. Une charge à travers laquelle un courant d'établissement (par exemple d'une intensité de 2 ampères) s'écoule est connecté entre la borne de source d'alimentation 305 et la borne d' excitation 306, de sorte que le courant d'établissement circule à travers la résistance de détection 203 lorsqu'une tension de régulation standard est délivrée entre la borne de source d'alimentation 305 et la masse. 1 1 2832002 Tout en délivrant la tension de réqulation standard au régulateur de tension 2, le signal d'ordre pour aguster le courant d' excitation est délivré sur la borne de communication 304. Le cTrcuit de commande de communication 606 dans le circuit de communication 209 (représenté à la FIG. 3) reconnaît le signal délivré depuis la borne de communication 304 comme signal d'ordre et envoie le signal d'ordre au circuit bascule 506 représenté à la FIG. 2. Le circuit bascule 506 envoit un signal de niveau haut à la mémoire rémanente 508 pour y permettre de ce fait un renouvellement de la mémoire. A ce moment, la tension détectée correspondant au courant d' excitation de 2 ampères (le courant d'établissement est présumé étre de 2 ampères à des fins d' explication) est délivrée à l'amplificateur opérationnel 501 par l'intermédiaire du fil 402. Cette tension détectée est amplifise à la tension Vs5, (la tension au point 551) par l'amplificateur qui est constitué de l'amplificateur opérationnel 501 et des réaistances de division 502, 503. La tension Vss est exprimoe par la formule suivante: Vssl=[(Rso2+Rso3)/Rso3]x(V402-vss2), o Rso2 et Rso3 sont les valeurs ohmiques des résistances de division 502 et 503, respectivement, V402 est la tension détectée délivrée depuis le fil 402 et Vss2 à une tension au point 552. La tension amplifiée Vss, en une valeur analogique est délivrée au convertisseur A/N et convertie en une valeur numérique à 8 bits (qui est définie comme la tension détectée Vd dans la description qui précède). La tension détectée Vd est comparée à la référence Vr, dans le comparateur numérique 507. La tension de référence Vr est prcétablie comme une tension correspondant au courant d' excitation de 2 ampères. La tension détectée Vd n'est pas touj ours égale à la tension de référence prcétablie Vr, du fait que la valeur ohmique de la 12 2832002 résistance de détection 203 dévie d'une valeur cible due à divers facteurs dans le procédé de fabrication. S'il est déterminé que la tension détectée Vd est plus grande que la tension de référence Vr, le S compteur/décompteur 507 compte et la sortie (entre D1 et D8) du compteur/décompteur 507 est délivrée à la mémoire rémanente 508. La mémoire rémanente 508 est renouvelée en conformité avec la sortie délivrée depuis le compteur/décompteur 507 et ce renouvellement est mémorisé dans la mémoire rémanente 508. La valeur de la mémoire renouvelée est envoyée au convertisseur N/A 509 et convertie en une valeur analogique pour augmenter de ce fait la tension Vss2. Comme cela est évident à partir de la formule précédente, la tension Vss, diminue en conformité avec une augmentation de la tension Vss2. Le niveau de la tension V551 est ajusté de cette manière jusqu'à ce que la tension détectée Vd devienne égale à la tension de référence Vr. Lorsque la tension détectée devient égale à la tension de référence Vr, la sortie du circuit bascule 506 passe à un niveau bas pour terminer, en conséquence, le renouvellement de la mémoire rémanente 508. Ainsi, la mémoire rémanente 508 est fixée à un niveau correct. D'autre part, si la tension détectée Vd est inférieure à la tension de référence Vr, le compteur/décompteur 507 décompte pour diminuer, en conséquence, la tension Vs52. La tension Vss, augmente en conformité avec une diminution de la tension Vss2 jusqu'à ce que la tension détectée Vd soit égale à la tension de référence Vr. Ainsi, la tension détectée Vd est facilement ajustée pour représenter précisément une intensité du courant d' excitation délivré à l'enroulement d' excitation 102 sans effectuer un ajustement fonctionnel difficile de la résistance de détection 203. Bien que la prés ente invent ion a it été représ entée et décrite en se référant au mode de réalisation préféré précédant, il sera apparent à l'homme de l'art que des 13 2832002 changements dans la forme et les détails peuvent y être effectués sont sortir de la portée de l' invention comme définie dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Réqulateur de tension (2) pour commander une sortie d'un alternateur (1) pour automobile en commandant une intensité du courant d' excitation délivré à un enroulement d' excitation (102) de l'alternateur, le réqulateur de tension étant caractérisé en ce qu'il comprend: un moyen (204) pour détecter une intensité du courant d' excitation délivré à l'enroulement d' excitation comme tension détectée (Vd) représentant l'intensité du courant d' excitation i et un moyen (505, 506, 507, 508, 509) pour ajuster la tension détectée (Vd) en comparant la tension détectée à une tension de référence (Vr), de sorte que la tension détectée représente correctement l'intensité du courant d' excitation. 2. Régulateur de tension selon la revendication 1, caractérisé en ce que: le moyen de détection (204) inclut une résistance de détection (203) à travers laquelle un courant proportionnel au courant d' excitation circule et à travers laquelle une tension détectée apparaît, et un amplificateur (501, 502, 503) pour amplifier la tension détectée pour obtenir de ce fait la tension détectée (Vd); et le moyen d'ajustement (507, 508, 509) ajuste un facteur d' amplification de l'amplificateur pour rendre égale la tension détectée (Vd) et la tension de référence (Vr). 3. Réqulateur de tension selon la revendication 2, caractérisé en ce que: le moyen d'ajustement inclut une mémoire rémanente (508); et le facteur d' amplification est ajusté en conformité avec un signal indiquant une différence entre la tension détectée (Vd) et la tension de référence (Vr), le signal d' indication étant mémorisé dans la mémoire