Brevet FR2848019A1 — publié le 20040604

L'invention concerne le domaine des relais électromagnétiques. Elle vise en particulier les relais utilisés dans les véhicules automobiles. Les relais électromagnétiques ont leur bobine alimentée directement, pour 5 être actifs, par une batterie, ou toute autre source d'énergie prévue pour la commande d'un contact. Cela est notamment le cas des relais électromagnétiques équipant les divers boîtiers de servitudes électriques ou électroniques (BSE) des véhicules 10 automobiles. Ce sont par exemple des boîtiers de surveillance moteur (BSM), de servitudes intelligent (BSI) ou encore des unités centrale habitacle (UCH) ou moteur (USM). De volume restreint, ces boîtiers comportent généralement un certain 15 nombre de relais électromagnétiques avec d'autres composants électriques ou électroniques, l'ensemble étant destiné à assurer des fonctions de calcul et de commutation. Pour commander un relais électromagnétique, notamment pour fermer le 20 contact, il faut lui fournir une énergie suffisante, c'est-à-dire appliquer sur sa bobine une tension, dite de collage contact. Cette tension est sensiblement plus élevée que la tension, dite de maintien, nécessaire pour simplement le maintenir collé. Pour ouvrir le contact, on applique une tension nécessairement plus faible que la tension, dite de relâchement. 25 La tension appliquée aux bornes d'une bobine de relais électromagnétique génère un courant excitant un électro-aimant qui ferme ou qui maintient fermé le contact du relais. La bobine dissipe alors une énergie thermique par effet Joule, de l'ordre de quelques watts. Le contact lui-même, lorsqu'il 30 est fermé, permet le passage d'un courant électrique et dissipe également une énergie thermique, légèrement plus faible que la précédente. Actuellement, dans les boîtiers, pour commander les relais, on applique la tension batterie du véhicule. Cette tension est variable dans le temps. 35 Un boîtier BSE peut comporter jusqu'à une dizaine de relais. Les contraintes thermiques imposées sur les boîtiers de servitude par les constructeurs sont devenues très sévères. La densité des composants implantés ne cessant de croître, ces contraintes sont de plus en plus 40 difficiles à respecter. Un objectif de l'invention est de fournir un procédé de commande permettant aux relais de fonctionner dans des conditions thermiques acceptables dans un environnement confiné tel que décrit ci-dessus. Conformément à l'invention, le procédé de commande de relais électromagnétiques commandé par une alimentation en courant ou en tension, est caractérisé par le fait que la commande est modulée en fonction de l'alimentation en courant ou en tension, de la tension de collage 10 nécessaire pour la fermeture des contacts du relais, et de la tension de maintien suffisante pour le maintien de cette fermeture. Par ce procédé, la bobine du relais ne dissipe qu'une énergie thermique réduite au minimum nécessaire à son fonctionnement. 15 L'invention concerne aussi un dispositif de commande de relais électromagnétique à partir d'une source de tension. Il est caractérisé par le fait qu'il comporte un module d'adaptation d'alimentation du relais et un module de commande pour commander le module d'adaptation 20 d'alimentation. Ainsi, il est possible de fournir au relais les énergies juste nécessaires lors du collage et lors du maintien de ses contacts, ce qui permet d'obtenir une diminution de la dissipation thermique de sa bobine. 25 De préférence, le module de commande comporte des moyens pour commander la durée de fonctionnement du module d'adaptation d'alimentation lors du collage des contacts, durée à l'issue de laquelle il doit commander le maintien des contacts. Ces moyens tiennent compte, 30 notamment, du type de relais commandé. De préférence encore, le module de commande comporte un module de détection de microcoupure de l'alimentation pour, en fin de microcoupure de la tension d'alimentation des relais, commander à la fermeture les relais 35 s'ils étaient fermés avant la microcoupure. De préférence toujours, le dispositif de commande comporte un oscillateur relié au module d'adaptation d'alimentation, lequel comporte une fonction de calcul et une fonction de modulation d'impulsions en durée (MID) de la 40 tension d'alimentation. On obtient ainsi des commandes différentes de collage et de maintien par simple changement du rapport cyclique (RC) de la fonction MID. L'énergie dissipée par la bobine ainsi commandée dépend du rapport RC 5 imposé à la fonction MID. Notamment, à tension d'alimentation égale, le rapport cyclique RC imposé par la fonction de calcul lors d'un maintien est plus faible que celui imposé lors d'un collage du relais. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante et des io dessins l'accompagnant, sur lesquels - la figure 1 représente un schéma par blocs fonctionnels d'un dispositif de commande d'un relais selon l'invention, - la figure 2 représente un chronogramme type de la commande appliquée à 15 un relais par le dispositif de l'invention, - la figure 3 représente un exemple de mise en oeuvre de l'invention pour un boîtier de servitude, - la figure 4 représente un chronogramme du fonctionnement du MID dans la mise en oeuvre précédente. En référence à la figure 1, l'alimentation continue 1, ici une batterie, dont la tension VA peut varier, en fonction de son utilisation instantanée, entre 9 et 16 volts, alimente: - un relais 2 en coupure d'une tension d'utilisation U, - un convertisseur analogique digital 4 fournissant la valeur instantanée de VA, - une unité de contrôle-commande 3 de l'utilisation U et - un dispositif 10 de commande du relais 2. Le dispositif 10 comporte pour cela un module de commande 1 1, qui reçoit une commande délivrée par l'unité de contrôle-commande 3, et qui commande un module 12 d'adaptation d'alimentation. Il comporte aussi un oscillateur 13 qui délivre une fréquence de 20 kHz au module 12. Le module 11 comporte un circuit 111 de détection de microcoupures, une horloge 1 12 et une mémoire 1 13 contenant les caractéristiques du relais 2. Le module 12 comporte un moyen 122 de modulation d'impulsions en durée, désigné par les initiales MID ou par le sigle PWM pour " pulse 40 width modulation ". Il reçoit ses consignes d'un moyen 123 de calcul et commande par son circuit MID l'interrupteur I en coupure de l'alimentation du relais 2. Le fonctionnement du dispositif va maintenant être expliqué. L'interrupteur I étant ouvert, le relais 2 est au repos, contact ouvert (on supposera ici qu'il s'agit d'un relais à contact "travail"). Pour fermer le contact du relais 2, l'unité 3 de contrôle-commande envoie un ordre de fermeture au dispositif 10, plus précisément à son module 11 de 10 commande. Le module 10 lit les caractéristiques du relais dans sa mémoire 113. Ce sont la tension de collage Vc, la tension de maintien VM à respecter et la durée minimum durant laquelle la tension Vc doit être appliquée pour 15 coller le contact en toute sécurité. Cette durée est représentée par At sur la figure 2. Le module 11 envoie ensuite un ordre de fermeture (OF) du relais 2 au module d'adaptation d'alimentation 12. En même temps, il déclenche son 20 horloge 112 pour un temps At, au terme duquel il envoie au module 12 un ordre de maintien (OM) du relais 2. Les ordres OF et OM comportent aussi les caractéristiques du relais 2 et sont traités dans le moyen de calcul 123 conjointement avec la valeur du niveau de la tension batterie VA, relevée par le convertisseur 4 analogique digital. VA est fonction du temps: 25 VA = VA(t). Le moyen de calcul 123 calcule alors le rapport cyclique RC du moyen 122 de modulation d'impulsion en durée de la façon suivante. Dans une première version (voir figure 2), - entre to et ti, en phase de collage, donc pendant At: 30 RC= 1 - après t 1, en phase de maintien, et tant qu'un ordre de relâchement n'est pas intervenu (à t2 sur la fig. 2) RC = VM / VA(t) Ainsi, on module temporellement la commande de maintien du relais en 35 fonction de l'alimentation et de la tension de maintien quand seul le maintien est nécessaire. Le relais est alimenté sous une tension moyenne égale à VM ce qui réduit sa dissipation thermique de la quantité Q = (V2A-V2M)/ R en posant que R représente la résistance de la bobine du relais. Dans une deuxième version plus élaborée; - entre to et tl, pendant At RC = Vc/VA(t) - entre tl et t2 RC = VM / VA(t) avec des conséquences semblables à celles vues précédemment sur la dissipation d'énergie du relais. Si la batterie délivre une tension VA suffisamment stable, on peut simplifier et admettre dans les calculs que la tension VA(t) est égale à une valeur 15 moyenne VAmoy constante. Le moyen 123 transforme les ordres OF et OM en changement de valeur de rapport cyclique RC à destination du moyen 122. Pour l'ouverture du relais 2, le module de commande envoie un ordre de relâchement au module 12, 20 donc au moyen 123, qui annule simplement le rapport cyclique RC, ce qui a pour effet d'ouvrir l'interrupteur I. Sur microcoupure détectée par le circuit 111, le module 1i1 envoie un ordre de fermeture OF au module 12 si le relais 2 était sous le coup d'un ordre OF 25 ou OM. Cela permet d'éviter le risque de ne pas pouvoir fermer le relais, la tension de maintien n'étant pas suffisante pour cela. On décrit ci-après un autre mode de réalisation en référence à la figure 3. Le circuit ASIC ("Application Specific Integrated Circuit", ou circuit 30 intégré spécifique à des applications), le circuit (unité de contrôle commande) UCC et l'oscillateur OSC permettent la mise en oeuvre du procédé de l'invention. L'unité de contrôle commande (UCC) comporte les moyens 123 et ceux du 35 module 1 1, excepté celui assuré par le circuit 1 1 1 de détection de microcoupures. Le module 1 1 est intégré dans le circuit ASIC ainsi que N moyens 122 de modulation d'impulsions en durée, MID, destinés à commander N relais. 40 Chaque module correspondant à MIDi, MIDi..., MIDN, comporte un registre RCU contenant un nombre de 8 bits égal à 256 fois le rapport cyclique RC. L'oscillateur OSC de fréquence F incrémente un compteur 8 bits dont la valeur est comparée au contenu du registre RCU. A l'égalité, en référence à la figure 4, le signal de sortie MIDi servant à commander un 5 relais i est mis à zéro. Sur débordement (OVF) du compteur 8 bits, ce même signal est mis à 1. On a ainsi réalisé un circuit MID de fréquence F fois 256. Si F = 25 kHz, le cycle de la MID est d'environ 10 millisecondes. 10 Un circuit DMC compare par un comparateur CMP la tension batterie à une fonction de référence pour détecter des microcoupure. Lorsqu'une microcoupure se produit, la sortie du module MID i est mise à 1, de façon à court-circuiter le circuit MID i si celui-ci était en phase de maintien du 15 relais i, information disponible dans le registre RC. REVENDICATIONS 1.- Procédé de commande de relais électromagnétique (2) comportant au moins un contact, commandé par une alimentation (1) en tension ou en 5 courant, caractérisé par le fait que la commande est modulée en fonction de l'alimentation en tension ou en courant, de la tension de collage nécessaire pour la fermeture du contact du relais (2), et de la tension de maintien suffisante pour le maintien de cette fermeture. 2.- Dispositif (10) de commande de relais électromagnétique (2) à partir d'une source de tension (1) mettant en oeuvre le procédé de la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte un module (12) d'adaptation d'alimentation du relais et un module (11) de commande pour commander le module d'adaptation d'alimentation. 15 3.- Dispositif selon la revendications 2, dans lequel le module de commande (11) comporte des moyens (1 12) pour commander la durée de fonctionnement du module d'adaptation d'alimentation (12) lors du collage des contacts, durée à l'issue de laquelle il doit commander le maintien des 20 contacts. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3 dans lequel le module (l 1) de commande comporte un module (111) de détection des microcoupures de l'alimentation. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, comportant un oscillateur (13) relié au module (12) d'adaptation d'alimentation, lequel comporte un moyen de calcul (123) et un moyen (122) de modulation d'impulsions en durée (MID) de la tension d'alimentation. 30 6.Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, comportant une mémoire (113) mémorisant les caractéristiques du relais (2). 7.- Circuit intégré spécifique (ASIC) comportant au moins un moyen (122) 35 de modulation d'impulsions en durée, le moyen de modulation (122) étant commandé par une unité (3) de contrôle-commande programmée pour moduler l'alimentation d'au moins un relais électromagnétique 2 selon le procédé de la revendication 1. 8.- Circuit selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un circuit détecteur (DMC) de microcoupures. 9.- Circuit selon la revendication 8, dans lequel le circuit détecteur de 5 microcoupures, sur intervention d'une microcoupure, commande une tension de collage sur les relais commandés en tension de maintien.