Brevet FR2865097A1 — publié le 20050715

La présente invention concerne les électrificateurs de clôtures portables pouvant être alimentés de manière autonome par une source d'énergie électrique comme une pile ou comme une batterie par exemple au plomb. Une donnée essentielle d'un tel électrificateur portable est son autonomie de fonctionnement dans des conditions normales d'utilisation. Pour des grandeurs électriques de sortie identiques et une source d'énergie électrique donnée, l'utilisateur préférera l'électrificateur portable ayant la consommation électrique la plus faible, c'est-à-dire celui qui aura l'autonomie la plus grande. Les électrificateurs portables selon l'art antérieur comportent au moins un condensateur dont la capacité est comprise entre 5 et 50 F, ayant pour fonction de stocker l'énergie. Ce condensateur de stockage est dans un premier temps chargé sous une tension de charge comprise entre 300 V et 900 V. Puis, dans un second temps, à partir du moment où un circuit de décharge est fermé, le condensateur de stockage se décharge dans un enroulement primaire d'un transformateur de sortie. Le circuit de décharge est fermé par exemple en basculant un thyristor de son état bloqué vers son état passant. La constante de temps du circuit de décharge est prédéfinie de manière à ce que le temps de décharge du condensateur de stockage soit très rapide. Aux bornes de l'enroulement secondaire du transformateur de sortie agissant comme amplificateur de tension, une impulsion ayant une tension élevée est générée. Cette impulsion se propage le long du fil de clôture réalisé en un matériau conducteur du courant électrique délimitant la parcelle clôturée. Le cycle de fonctionnement de l'électrificateur débute par la charge du condensateur de stockage puis se poursuit par la décharge de ce dernier. La période du cycle de fonctionnement de l'électrificateur est donnée par la période A d'actionnement du thyristor consistant à basculer ce dernier de son état bloqué vers son état passant. La période A correspond donc à la période des impulsions le long du fil conducteur de la clôture. Sur la figure 1 des dessins placés en annexe, la tension Uc aux bornes du condensateur de stockage est représentée en fonction du temps. Sur une période A, la tension Uc augmente progressivement pour atteindre une tension de référence U0. Au bout d'une période A, le thyristor est basculé pour décharger la capacité de stockage. La tension Uc chute quasiment instantanément à la valeur nulle. Le cycle suivant débute. Pour générer une tension de charge de l'ordre de 300 à 900 V aux bornes du condensateur de stockage à partir d'une pile de 9 V ou d'une batterie de 12 V, il est connu d'utiliser un convertisseur à accumulation d'énergie à rapport cyclique de découpage constant couramment dénommé par l'homme de l'art montage FLYBACK . Or, la tension aux bornes de la source d'énergie électrique varie au cours du temps. Si la batterie ou la pile est utilisée dans un état proche de la pleine charge, la tension entre ses bornes est proche d'une tension de référence, par exemple 9V dans le cas d'une pile. La puissance disponible étant alors importante, le condensateur de stockage est chargé rapidement. C'est le cas de figure représenté sur le graphe a) de la figure 1. En revanche, lorsque la batterie, ou la pile, est utilisée dans un état proche de la décharge, la tension entre ses bornes est faible. La puissance électrique disponible est réduite et le dispositif de charge du condensateur de stockage met plus de temps pour charger ce dernier et atteindre la tension de référence Uo. C'est ce qui est présenté sur le graphe b) de la figure 1. Finalement, la durée de charge du condensateur de stockage étant limitée par la période A d'actionnement du thyristor, lorsque la batterie, ou la pile, est dans un état proche de la décharge, le thyristor devient passant avant que le condensateur de stockage soit complètement chargé. En conséquence, l'impulsion générée dans le fil de clôture par la décharge du condensateur de stockage chargé partiellement a une puissance électrique insuffisante. Il est alors nécessaire de changer la source d'énergie électrique. Donc selon l'état de l'art antérieur, l'utilisation d'un convertisseur à accumulation d'énergie à rapport cyclique constant, avec pour objectif de maintenir une tension Uo de charge du condensateur de stockage constante sur la durée de vie de la source d'énergie électrique, conduit à avoir une charge du condensateur de stockage très rapide lorsque la source d'énergie électrique est proche de la pleine charge. Cette disposition constructive, connue sous le nom de "compensation d'usure de pile", implique que lorsque la source d'énergie électrique est dans un état proche de la pleine charge, la présence de courants d'intensité élevée dans le convertisseur à accumulation d'énergie entraîne des pertes par effet Joule importantes. Ces pertes sont préjudiciables dans la recherche de l'autonomie la plus grande possible pour l'électrificateur. L'invention a donc pour but de proposer un électrificateur de clôture amélioré ne présentant pas les défauts énoncés ci-dessus. Pour cela l'invention a pour objet un électrificateur de clôture autonome, apte à générer entre ses bornes de sortie des impulsions électriques, comportant une source d'énergie électrique apte à délivrer une tension d'alimentation; un condensateur de stockage d'énergie; un circuit de décharge du condensateur de stockage; et, un convertisseur à accumulation d'énergie comportant: - un interrupteur commandé par un signal de commande; - un transformateur dont le secondaire est relié aux bornes du condensateur de stockage et dont le primaire est monté en série avec ledit 15 interrupteur commandé entre les bornes de la source d'énergie électrique; l'électrificateur étant caractérisé en ce qu'il comporte un modulateur de largeur d'impulsion apte à modifier une largeur d'impulsion du signal de commande de l'interrupteur commandé pour moduler le temps de conduction de l'interrupteur commandé en fonction de la tension d'alimentation délivrée par ladite source. De préférence, la largeur d'impulsion (i) est ajustée pour que la durée de charge du condensateur de stockage jusqu'à une tension de référence prédéterminée soit essentiellement constante en fonction de la tension d'alimentation délivrée par la source. De préférence encore, la largeur d'impulsion (i) est ajustée de telle sorte que la durée de charge du condensateur de stockage soit égale ou légèrement inférieure à la période 0 d'actionnement du thyristor donc à la durée entre deux impulsions électriques en sortie délivrées au fil de clôture. Dans un mode de réalisation, le modulateur de largeur d'impulsion est un circuit intégré électronique. De préférence, le modulateur de largeur d'impulsion 30 d'impulsion est alors du type régulateur à découpage. Dans un autre mode de réalisation, le modulateur de largeur d'impulsion comporte un microcontrôleur apte à exécuter un programme stocké dans une mémoire dudit microcontrôleur. De préférence, le programme, exécuté par ledit microcontrôleur lors d'une 5 phase de charge dudit condensateur de stockage, comporte: un moyen d'acquisition de la tension d'alimentation apte à lire une tension corrélée à la tension d'alimentation entre deux bornes d'entrée du microcontrôleur et à mémoriser la tension lue en tant que valeur instantanée de tension d'alimentation réduite; un moyen de déduction de la largeur d'impulsion apte à lire ladite tension d'alimentation réduite mesurée et à déduire, en fonction de cette dernière, une valeur instantanée de la largeur d'impulsion; et, un moyen de définition d'une variable de commande apte à lire avec une période T ladite largeur d'impulsion déduite, et, sur la période T, à associer à une variable de commande temporelle une succession de valeurs ayant une première valeur parmi une valeur haute et une valeur basse sur une durée strictement égale à ladite largeur d'impulsion, et ayant une seconde valeur sur la durée complémentaire, le microcontrôleur comportant un moyen d'émission apte à émettre un signal de commande temporel correspondant aux valeurs successives de la variable de commande. De préférence, le programme comporte en outre un moyen d'évaluation de la charge du condensateur de stockage apte à évaluer la tension de charge aux bornes 25 du condensateur de stockage et un moyen de comparaison apte à comparer et à interrompre la charge dudit condensateur de stockage lorsque la tension de charge est supérieure ou égale à la tension de référence prédéterminée. L'invention a également pour objet un procédé de charge d'un condensateur de stockage d'énergie dans un électrificateur de clôture autonome comportant une 30 source d'énergie électrique, un convertisseur à accumulation d'énergie ayant un interrupteur commandé par un signal de commande et un transformateur dont le 15 secondaire est relié aux bornes du condensateur de stockage et dont le primaire est monté en série avec ledit interrupteur commandé entre les bornes de ladite source d'énergie électrique, le procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte, durant une phase de charge du 5 condensateur de stockage, les étapes de: mesure d'une tension d'alimentation entre les bornes de ladite source d'énergie électrique; déduction périodique d'une largeur d'impulsion dudit signal de commande; et, génération d'un signal de commande apte à rendre conducteur ledit interrupteur commandé pendant une durée correspondant à ladite largeur d'impulsion déduite, pour ajuster la durée de la charge dudit condensateur de stockage sur une durée disponible correspondant à l'intervalle entre deux décharges successives dudit condensateur de stockage afin d'augmenter l'autonomie dudit électrificateur de clôture autonome. De préférence, le procédé comporte les étapes supplémentaires de: mesure périodique de la tension de charge instantanée du condensateur de stockage; comparaison de la tension de charge estimée avec une tension de charge de référence; et, arrêt de la charge du condensateur de stockage lorsque la tension de charge est supérieure ou égale à ladite tension de référence. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins: La figure 1 représente l'évolution temporelle de la tension aux bornes du condensateur de stockage pour un état proche de la pleine charge a) de la source d'énergie électrique et pour un état proche de la décharge b) de la source d'énergie électrique; - La figure 2 est un circuit représentant un électrificateur de clôture autonome selon la présente invention; - La figure 3 est un organigramme représentant les différentes étapes de calcul réalisées par le microcontrôleur de l'électrificateur de la figure 2; - La figure 4 représente l'évolution temporelle d'un signal de commande du circuit de charge du condensateur de stockage de l'électrificateur de la figure 2, pour un état proche de la pleine charge a) de la source d'énergie électrique et pour un état proche de la décharge b) de la source d'énergie électrique, états identiques à ceux de la figure 1; et, - La figure 5 représente l'évolution temporelle de la tension aux bornes du condensateur de stockage de l'électrificateur de la figure 2, pour un état proche de la pleine charge a) de la source d'énergie électrique et pour un état proche de la décharge b) de la source d'énergie électrique, états identiques à ceux de la figure 1. Le principe général mis en oeuvre dans l'électrificateur de clôture selon l'invention est de modifier le convertisseur à accumulation d'énergie à rapport cyclique constant pour en faire un convertisseur à accumulation d'énergie à rapport cyclique variable. Le rapport cyclique varie en fonction de la tension d'alimentation UE aux bornes de la source d'énergie électrique de telle sorte que la durée de la charge du condensateur de stockage soit égale ou légèrement inférieure à la période prédéfinie d'actionnement du thyristor, donc à la période des impulsions électriques délivrées à la clôture. L'ajustement consiste à charger progressivement le condensateur de stockage au moyen de courants d'intensité réduite par rapport à l'intensité de ceux de l'art antérieur, ce qui a pour résultat de minimiser les pertes par effet Joule, de réduire la consommation électrique de l'électrificateur et, par conséquent, d'augmenter l'autonomie de ce dernier. Sur la figure 2, un électrificateur de clôture portable et autonome 100 comporte une source d'énergie électrique 1 connectée entre des bornes d'entrée A et B. Les bornes de sortie R et T de l'électrificateur 100 peuvent être connectées à un fil de clôture conducteur du courant électrique (non représenté). La source 1 applique une tension d'entrée ou d'alimentation UE entre les bornes d'entrée A et B. La tension UE évolue au cours du temps d'utilisation de la source d'énergie électrique 1 entre une tension Fo par exemple égale à 9V correspondant à l'état de pleine charge de la source 1 et une tension nulle correspondant à l'état de décharge totale de la source 1. Cet état totalement déchargé n'est pas atteint en réalité. La source d'énergie électrique est remplacée dès que le temps nécessaire à la charge du condensateur dépasse la période A entre deux décharges successives de ce dernier. L'électrificateur 100 comporte un modulateur de largeur d'impulsion 2 dont les bornes d'entrée sont connectées aux bornes d'entrée A et B et dont les bornes de sortie I et J sont connectées respectivement à la borne d'entrée B et à la grille d'un transistor MOSFET 3. La source S du transistor 3 est connectée à la borne d'entrée B, et le drain D du transistor 3 est connecté, via le primaire 41 d'un transformateur 4, à la borne d'entrée A. Le transistor 3 joue le rôle d'un interrupteur commandé par le signal de commande émis par le modulateur 2. Le signal de commande est ici une tension UG appliquée par le modulateur 2 sur la grille G du transistor 3. La tension UG est représentée à la figure 4. Il s'agit d'un signal temporel en créneau de période T. Pendant une durée T-t, le transistor 3 est dans un état bloqué, la tension UG étant inférieure à un seuil prédéterminé. La maille Ml est alors ouverte. Pendant une durée i, le transistor 3 est dans un état passant, la tension UG étant supérieure audit seuil prédéterminé. La maille Ml est alors fermée et la tension UE est directement appliquée aux bornes du primaire 41 du transformateur 4 pendant la durée 'r. De façon connue, le primaire emmagasine de l'énergie sous forme magnétique pendant a durée T. Pendant la durée T-t cette énergie est restituée par le secondaire 42, à travers la diode 5, au condensateur C de stockage d'énergie qui se charge alors progressivement. La diode 5 montée en série dans la maille de charge M2 empêche le condensateur de stockage C de se décharger dans la maille M2 pendant la durée 'r, compte tenu du sens respectif des enroulements 41 et 42 indiqué sur la figure 2. Le condensateur de stockage C fait également partie d'une maille de décharge M3. La maille de décharge M3 comporte un thyristor 7, jouant le rôle d'un interrupteur commandé par des moyens non représentés, et le primaire d'un transformateur de sortie 6. Lorsque le thyristor 7 est commandé pour basculer dans son état passant, la maille de décharge M3 est fermée autorisant ainsi le condensateur de stockage C à se décharger dans le primaire 61 du transformateur de sortie 6. En conséquence, une impulsion de forte tension est produite aux bornes du secondaire 62 du transformateur de sortie 6 correspondant aux bornes de sortie T et R de l'électrificateur 100. Le modulateur de largeur d'impulsion 2 peut être réalisé au moyen d'éléments discrets. Il peut par exemple prendre la forme d'un circuit régulateur de tension à découpage. De préférence pourtant, le modulateur de largeur d'impulsion 2 comporte un circuit électronique intégré microprogrammé, ou microcontrôleur 20. Un logiciel sous forme exécutable est stocké dans la mémoire du microcontrôleur et exécuté par ce dernier. Le microcontrôleur 20 est connecté aux bornes d'une première résistance 22 formant avec une deuxième résistance 21 un pont diviseur de tension disposé entre les bornes d'entrée A et B. En conséquence, la tension Ue prélevée aux bornes de la résistance 22 est proportionnelle à la tension d'alimentation UE. Ue est une tension d'alimentation réduite. L'algorithme correspondant au programme exécuté par le microcontrôleur lors de la phase de charge du condensateur de stockage C est représenté succinctement à la figure 3. Dans une première étape d'acquisition 301, la valeur de la tension d'alimentation réduite Ue est lue entre les bornes d'entrée F et H du microcontrôleur 20 et mémorisée en tant que tension d'alimentation réduite mesurée. Puis, à l'étape 302, la largeur d'impulsion 'r est déduite à partir de la tension d'alimentation réduite mesurée de manière à minimiser les pertes par effet Joule. La déduction de la valeur de la largeur d'impulsion 'r peut être le résultat d'un calcul. De préférence une table de valeurs issues d'expériences préalables est stockée de façon permanente dans la mémoire du microcontrôleur. Cette table met en correspondance la tension d'alimentation réduite mesurée et la largeur d'impulsion T à utiliser pour obtenir l'effet recherché. La déduction de la largeur d'impulsion i à partir de la tension d'alimentation réduite mesurée se limite alors à une simple lecture de la table mémorisée. L'exécution du programme entre alors dans une boucle temporelle 303 de période T et de pas T/n, où n est un nombre entier élevé pour permettre l'échantillonnage du signal. Cette boucle correspond à la génération d'une période du signal de commande du MOSFET 3. Le signal de commande est ici un signal en créneau. Les n valeurs successives d'une variable de commande binaire sont successivement calculées. Par exemple, la variable de commande prend la valeur 1 sur les k premiers intervalles tels que la durée kxT/n soit égale à la largeur d'impulsion i, et prend la valeur 0 sur le reste de la période T soit pendant une durée T-i. Les valeurs de cette variable de commande sont lues par des moyens d'émission non représentés aptes, en réponse, à émettre une tension de commande correspondante entre les bornes I et J du microcontrôleur 20. Une période T d'un signal en créneau est alors émise. Par exemple, la tension vaut 5V sur une durée 'r, puis vaut OV sur une durée T-r. A la sortie de la boucle 303 de durée T, la valeur instantanée de la tension Uc aux bornes du condensateur de stockage C est mesurée par le microcontrôleur par des moyens non représentés similaires à ceux utilisés pour mesurer la tension UE de la source 1. A l'étape 305, la condition suivante est testée: la tension Uc mesurée est-elle supérieure ou égale à la tension de référence Uo ? Si Uc est inférieure à U0, le condensateur de stockage n'est pas complètement chargé. Le programme revient à l'étape de génération d'une période de signal de commande pour poursuivre la charge du condensateur de stockage C. En revanche, si Uc est supérieure ou égale à Uo, c'est la fin de l'exécution du programme et la sortie de la phase de charge du condensateur. On attend la décharge du condensateur pour entrer de nouveau dans une phase de charge du condensateur. Le programme est alors exécuté à nouveau par le microcontrôleur 20. Ainsi, à chaque nouvelle exécution du programme, la largeur temporelle 'r du créneau du signal de commande est recalculée en fonction de la valeur instantanée mesurée de la tension d'alimentation UE ou d'une tension corrélée à la tension d'alimentation UE. Des signaux de commande pour deux états de charge différents de la source d'énergie électrique sont représentés à la figure 4. En début d'utilisation, lorsque la source est dans un état proche de la pleine charge a), la largeur temporelle du créneau est réduite. En revanche, en fin d'utilisation de la source de courant, lorsque la source se trouve dans un état proche de la décharge b) , la largeur du créneau est augmentée pour compenser la faible puissance électrique délivrée par la source. L'évolution temporelle de la tension aux bornes du condensateur de stockage chargé selon ce procédé est représentée sur la figure 5 et doit être comparée avec les graphes équivalents de la figure 1. En particulier, au début de l'utilisation de la source de courant électrique, le taux de croissance de la tension Uc est réduit pour ne pas dissiper trop de puissance électrique par effet Joule. La largeur d'impulsion est ajustée pour que la durée de charge du condensateur jusqu'à la tension de référence prédéterminée Uo soit essentiellement constante en fonction de la tension d'alimentation UE délivrée par la source 1. De préférence, la durée de charge du condensateur est choisie légèrement inférieure à la durée A séparant deux décharges successives du condensateur. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. 11 REVENDICATIONS 1 Electrificateur de clôture autonome, apte à générer entre ses bornes de sortie (T, R) des impulsions électriques, comportant une source d'énergie électrique (1) apte à délivrer une tension d'alimentation; un condensateur de stockage d'énergie (C) ; un circuit de décharge (M3) du condensateur de stockage; et, un convertisseur à accumulation d'énergie comportant: - un interrupteur commandé (3) par un signal de commande (UG) ; - un transformateur (4) dont le secondaire (42) est relié aux bornes du 10 condensateur de stockage et dont le primaire (41) est monté en série avec ledit interrupteur commandé (3) entre les bornes de ladite source d'énergie électrique; ledit électrificateur étant caractérisé en ce qu'il comporte un modulateur de largeur d'impulsion (2) apte à modifier une largeur d'impulsion (i) du signal de commande de l'interrupteur commandé pour moduler le temps de conduction de l'interrupteur commandé en fonction de la tension d'alimentation (UE) délivrée par ladite source. 2. Electrificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite largeur d'impulsion (i) est ajustée pour que la durée de charge dudit condensateur de stockage (C) jusqu'à une tension de référence prédéterminée (Uo) soit essentiellement constante en fonction de la tension d'alimentation (UE) délivrée par ladite source (1). 3. Electrificateur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la largeur d'impulsion (i) est ajustée de telle sorte que la durée de charge du condensateur de stockage soit égale ou légèrement inférieure à une durée (A) séparant deux décharges successives du condensateur de stockage d'énergie (C), donc à la durée entre deux impulsions électriques en sortie. 4. Electrificateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit modulateur de largeur d'impulsion (2) est un circuit intégré électronique. 5. Electrificateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit modulateur de largeur d'impulsion (2) est du type régulateur à découpage. 6 Electrificateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit modulateur de largeur d'impulsion (2) comporte un microcontrôleur (20) apte à exécuter un programme (300) stocké dans une mémoire dudit microcontrôleur. 7 Electrificateur selon la revendication 6 caractérisé en ce que ledit programme (300) exécuté par ledit microcontrôleur lors d'une phase de charge dudit condensateur de stockage, comporte: un moyen d'acquisition de la tension d'alimentation (301) apte à lire une tension corrélée à la tension d'alimentation entre deux bornes d'entrée du microcontrôleur (20) et à mémoriser la tension lue en tant que valeur instantanée de tension d'alimentation réduite; un moyen de déduction de la largeur d'impulsion (302) apte à lire ladite tension d'alimentation réduite mesurée et à déduire, en fonction de cette dernière, une valeur instantanée de la largeur d'impulsion (T) ; et, un moyen de définition d'une variable de commande (303) apte à lire avec une période T ladite largeur d'impulsion déduite, et, sur la période T, à associer à une variable de commande temporelle une succession de valeurs ayant une première valeur parmi une valeur haute et une valeur basse sur une durée strictement égale à ladite largeur d'impulsion, et ayant une seconde valeur sur la durée complémentaire (T-T), ledit microcontrôleur comportant un moyen d'émission apte à émettre un signal de commande temporel correspondant aux valeurs successives de ladite variable de 25 commande. 8. Electrificateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit programme (300) comporte en outre un moyen d'évaluation de la charge du condensateur de stockage (304) apte à évaluer la tension de charge (Uc) aux bornes du condensateur de stockage (C) et un moyen de comparaison (305) apte à comparer et à interrompre la charge dudit condensateur de stockage lorsque la 15 20 tension de charge est supérieure ou égale à la tension de référence prédéterminée (Uo). 9. Procédé de charge d'un condensateur de stockage d'énergie dans un électrificateur de clôture autonome comportant une source d'énergie électrique (1), un convertisseur à accumulation d'énergie ayant un interrupteur commandé (3) par un signal de commande (UG) et un transformateur (4) dont le secondaire (42) est relié aux bornes du condensateur de stockage et dont le primaire (41) est monté en série avec ledit interrupteur commandé (3) entre les bornes de ladite source de courant électrique, le procédé étant caractérisé par le fait qu'il comporte, durant une phase de charge du condensateur de stockage, les étapes de: mesure d'une tension d'alimentation entre les bornes de ladite source d'énergie électrique; déduction périodique d'une largeur d'impulsion (i) dudit signal de 15 commande; et, génération d'un signal de commande apte à rendre conducteur ledit interrupteur commandé pendant une durée correspondant à ladite largeur d'impulsion déduite, pour ajuster la durée de la charge dudit condensateur de stockage sur une durée 20 disponible correspondant à l'intervalle entre deux décharges successives dudit condensateur de stockage afin d'augmenter l'autonomie dudit électrificateur de clôture autonome. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes supplémentaires de: - mesure périodique de la tension de charge instantanée du condensateur de stockage; comparaison de la tension de charge estimée avec une tension de charge de référence; et, arrêt de la charge du condensateur de stockage lorsque la tension de 30 charge est supérieure ou égale à ladite tension de référence.