Brevet FR2848741A1 — publié le 20040618

I La présente invention concerne un système de commande de l'alimentation en énergie d'un ventilateur de refroidissement d'un composant électrique de véhicule automobile. Plus particulièrement, un tel ventilateur peut être utilisé pour assurer le refroidissement d'un calculateur embarqué à bord d'un véhicule. On sait en effet que l'intégration d'organes électroniques en nombre croissant, par exemple au sein des calculateurs embarqués, permet d'accroître les prestations rendues aux utilisateurs du véhicule en profitant des synergies entre fonctions électroniques. Cependant, ceci se traduit par une augmentation de la densité d'organes électroniques intégrés, qui impose de mettre en oeuvre des moyens de ventilation forcée de ceux-ci pour permettre l'évacuation de la chaleur produite lors du fonctionnement de ceux-ci, éviter les points chauds sur les organes et protéger de températures excessives les organes les plus fragiles. Pour ces raisons, on associe alors à ces composants électriques, des moyens de ventilation formés par exemple par des ventilateurs à commutation électronique. Ceux-ci ne peuvent cependant pas être pilotés tout le temps à plein régime pour des problèmes potentiels de bruit de fonctionnement, mais égale20 ment de durée de vie dans la gamme des températures rencontrées dans ce type d'applications. En conséquence, on cherche à piloter le régime du ventilateur au plus juste pour optimiser la vitesse de rotation et donc le débit d'air et le bruit engendré, en fonction des besoins en refroidissement du calculateur. On peut donc piloter un tel ventilateur par une tension continue variable, qui module la vitesse de rotation du ventilateur. Cependant, un tel ventilateur a généralement une tension de seuil minimale de fonctionnement en dessous de laquelle celui-ci ne démarre pas ou ne peut maintenir une vitesse de rotation constante de l'hélice de ventilation. De plus, ce type de commande impose une dissipation de chaleur importante au niveau du circuit de commande, ce qui participe également à l'échauffement du calculateur qui le pilote. On peut également envisager de piloter un tel ventilateur par une commande de tension modulée en largeur d'impulsions. Dans ce cas, la vitesse de rotation de l'hélice est liée à la valeur efficace de la tension appliquée au ventilateur. Cette solution dissipe très peu de chaleur, car le circuit de pilotage fonctionne en interrupteur. Cependant, ce mode de pilotage n'est pas adapté à tous les ventilateurs, car le cycle d'allumage/extinction entre parfois en conflit avec le fonctionnement de moyens électroniques de démarrage/détection de courtcircuit du ventilateur entraînant un fonctionnement erratique de celui-ci, se traduisant par exemple par des vibrations, une vitesse irrégulière, une surchauffe, etc... Si l'on veut conserver un tel pilotage en modulation de largeur d'impulsions, on doit donc ajouter au circuit une capacité de forte valeur qui moyenne alors la tension modulée et applique en définitive une tension quasi continue au ventilateur, ce qui se traduit par les problèmes évoqués précédemment. Le but de l'invention est d'optimiser ce type de système de commande. A cet effet, l'invention a pour objet un système de contrôle de l'alimentation en énergie d'un ventilateur de refroidissement d'un composant électrique de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte en association: - des premiers moyens d'alimentation en continu sous une tension minimale de fonctionnement du ventilateur; et - des seconds moyens d'alimentation en modulation de largeur d'impulsions de celui-ci, pour faire varier la valeur efficace de la tension d'alimentation du ventilateur entre la tension minimale des premiers moyens 25 d'alimentation et la tension nominale d'alimentation du ventilateur. Suivant d'autres caractéristiques: - le ventilateur est raccordé en série avec une diode de protection, le circuit émetteur/collecteur d'un premier transistor et une résistance de mesure et la base du premier transistor est raccordée au point milieu d'une branche com30 portant d'une part, une première résistance de polarisation en parallèle avec un élément de fixation de la tension minimale de fonctionnement du ventilateur et d'autre part, une deuxième résistance de polarisation en série avec un deuxième transistor raccordé à des moyens de commande en marche-arrêt, formant les premiers moyens d'alimentation; - l'élément de fixation de la tension minimale de fonctionnement du ventilateur est formé par une diode Zener; - les seconds moyens d'alimentation comprennent un troisième transistor raccordé aux bornes de la diode de protection et du premier transistor et 5 dont la borne de commande est raccordée à travers une troisième résistance de polarisation à une source de signaux de pilotage en modulation de largeur d'impulsions; - la résistance de mesure est raccordée à des moyens de détection d'un court-circuit ou d'un circuit ouvert pour commander un arrêt du fonctionne10 ment du ventilateur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 représente un schéma électrique d'un exemple de réalisation 15 d'un système de commande selon l'invention; et - la Fig.2 illustre le fonctionnement de celui-ci. On a en effet illustré sur la figure 1, la structure générale d'un exemple de réalisation d'un système de contrôle de l'alimentation en énergie d'un ventilateur à commutation électronique, désigné par la référence générale 1. Ce ventilateur est par exemple destiné à assurer le refroidissement d'un composant électrique d'un véhicule, tel qu'un calculateur. L'alimentation de ce ventilateur est assurée à partir d'une batterie d'alimentation en énergie embarquée à bord du véhicule, désignée par la référence générale 2 sur cette figure et le système selon l'invention comporte des 25 premiers moyens 3 d'alimentation en continu sous une tension minimale de fonctionnement du ventilateur, associés à des seconds moyens 4 d'alimentation en modulation de largeur d'impulsions pour faire varier la valeur efficace de la tension d'alimentation du ventilateur entre la tension minimale des premiers moyens d'alimentation et la tension nominale d'alimentation du ventilateur. Le fonctionnement de ces moyens est piloté par des moyens de contrôle correspondants à partir d'informations par exemple de température du calculateur de façon classique. En fait, l'invention proposée essaye de tirer le meilleur des deux types de pilotage décrits précédemment, pour assurer une réduction de la dissipation thermique par rapport au pilotage en continu du ventilateur, appliquer une variation de tension efficace par modulation de largeur d'impulsions et garantir un fonctionnement fiable de tous types de ventilateurs. Ainsi, le système de contrôle selon l'invention se décompose en deux 5 parties, qui fonctionnent en association, à savoir un circuit de pilotage en continu pour assurer une tension d'alimentation minimale du ventilateur et un circuit de pilotage en modulation de largeur d'impulsions pour moduler la valeur efficace d'alimentation entre la valeur minimale et la valeur nominale de commande du ventilateur. Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, ces circuits de pilotage partagent une résistance de mesure commune permettant la détection de court-circuit/circuit ouvert, par des moyens de détection correspondants pour commander un arrêt du pilotage du ventilateur, en cas de problème, de façon classique. En fait, et comme cela est illustré, le ventilateur 1 est connecté en série avec une diode de protection désignée par la référence générale 5 sur cette figure et le circuit collecteur/émetteur d'un premier transistor PNP désigné par la référence générale 6. Ce transistor est également connecté en série avec une résistance de 20 mesure désignée par la référence générale 7 qui sera décrite plus en détail par la suite. La base du premier transistor 6 est raccordée au point milieu d'une branche 8 qui comporte d'une part, une première résistance de polarisation 9 en parallèle avec une diode Zener 10 qui détermine la tension minimale 25 d'alimentation du ventilateur et d'autre part, une deuxième résistance de polarisation 11 en série avec le circuit collecteur-émetteur d'un deuxième transistor NPN 12 dont la base est raccordée aux moyens de contrôle, de façon classique, pour assurer la commande en marche/arrêt des premiers moyens d'alimentation. On notera que la diode Zener 10 peut être remplacée par tout autre 30 type de source de tension. Les seconds moyens d'alimentation comprennent un troisième transistor MOSFET à canal N désigné par la référence générale 13, connecté en parallèle aux bornes de la diode de protection 5 et du premier transistor 6. La grille de ce transistor 13 est raccordée à travers une troisième résistance de polarisation 14 à des moyens de commande en modulation de largeur d'impulsions des moyens de contrôle, et désignés par la référence générale 15. On conçoit alors que le premier transistor 6 est le transistor qui assure le pilotage du ventilateur 1 à sa tension minimale de fonctionnement. Ce transistor 6 est polarisé par la diode Zener 10 et la résistance 11, lorsque le deuxième transistor 12 est passant, c'est-àdire est activé. Par contre, le transistor 6 est bloqué quand ce transistor 12 est bloqué 10 par la résistance 9. La diode de protection 5 assure la protection de la jonction émetteurbase du transistor 6 (polarisation inverse), quand le troisième transistor 13 est passant. Comme cela a été indiqué précédemment, la valeur de la diode Zener 15 10 permet de définir le seuil de tension Vmin permettant le fonctionnement du ventilateur et cette diode Zener peut être remplacée par une source de tension si nécessaire. En parallèle, le transistor MOSFET à canal N 13, est piloté en tout ou rien pour permettre la modulation en largeur d'impulsions de la tension appliquée 20 au ventilateur. Grâce à la combinaison de la résistance 14 et de la capacité d'entrée de ce transistor, il est possible de contrôler les temps de montée/descente de la tension de pilotage du ventilateur, pour éventuellement limiter le bruit de fonctionnement de celui-ci. La résistance de mesure 7 est une résistance de mesure du courant circulant au drain du transistor 13 et à l'anode de la diode de protection 5 et est partagée par la source du transistor 13 et le collecteur du transistor 6. La tension mesurée aux bornes de cette résistance de mesure 7 permet de désactiver le pilotage des transistors 6 et 13 par exemple dans le cas d'un 30 court-circuit au plus du fil d'alimentation du ventilateur (anode de la diode 5). La détection d'un court-circuit à la masse et d'un circuit ouvert, est réalisée en analysant la valeur du courant circulant dans cette résistance de mesure. Si celle-ci est inférieure à un seuil prédéterminé, le courant de pilotage du ventilateur ne circule pas dans cette résistance de mesure, ce qui indique aux moyens de détection correspondants, un court-circuit à la masse ou un circuit ouvert. La forme d'onde obtenue aux bornes du ventilateur est illustrée sur la figure 2. On conçoit alors que cette structure présente un certain nombre d'avantages dans la mesure o elle permet de garantir un fonctionnement correct avec tous types de ventilateurs, car ceux-ci sont toujours pilotés dans la bonne 10 plage de tension de la tension minimale jusqu'à la tension nominale. Par ailleurs, elle permet également une dissipation thermique minimale en mode linéaire (tension minimale de pilotage). Elle permet également un contrôle de la vitesse de rotation par modulation de largeur d'impulsions sans effet sur le circuit de contrôle du démarrage, 15 tout en assurant une dissipation thermique minimale en contrôle de vitesse et en optimisant le bruit engendré, par la régulation de la vitesse de rotation de l'hélice. Bien entendu, d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés. REVENDICATIONS 1. Système de contrôle de l'alimentation en énergie d'un ventilateur de refroidissement d'un composant électrique de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte en association: - des premiers moyens (3) d'alimentation en continu sous une tension minimale de fonctionnement du ventilateur (1); et - des seconds moyens (4) d'alimentation en modulation de largeur d'impulsions de celui-ci, pour faire varier la valeur efficace de la tension d'alimentation du ventilateur entre la tension minimale des premiers moyens 10 d'alimentation (3) et la tension nominale d'alimentation du ventilateur. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ventilateur (1) est raccordé en série avec une diode de protection (5), le circuit émetteur/collecteur d'un premier transistor (6) et une résistance de mesure (7) et en ce que la base du premier transistor (6) est raccordée au point milieu d'une bran15 che (8) comportant d'une part, une première résistance de polarisation (9) en parallèle avec un élément de fixation de la tension minimale de fonctionnement du ventilateur (10) et d'autre part, une deuxième résistance de polarisation (11) en série avec un deuxième transistor (12) raccordé à des moyens de commande en marche-arrêt, formant les premiers moyens d'alimentation (3). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de fixation de la tension minimale de fonctionnement du ventilateur est formé par une diode Zener (10). 4. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les seconds moyens d'alimentation (4) comprennent un troisième transistor (13) rac25 cordé aux bornes de la diode de protection (5) et du premier transistor (6) et dont la borne de commande est raccordée à travers une troisième résistance de polarisation (14) à une source de signaux de pilotage en modulation de largeur d'impulsions (15). 5. Système selon la revendication 2,3 ou 4, caractérisé en ce que la 30 résistance de mesure (7) est raccordée à des moyens de détection d'un courtcircuit ou d'un circuit ouvert pour commander un arrêt du fonctionnement du ventilateur (1).