Brevet FR2873233A1 — publié le 20060120

Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de commande d'une inductance à l'aide d'un circuit de commande et d'une première et d'une seconde installation d'extinction, dans lequel le circuit de corn- mande commande un moyen de commutation qui établit ou coupe le pas-sage du courant vers l'inductance, le circuit de commande gère tout d'abord la première installation d'extinction lorsqu'il coupe le passage du courant vers l'inductance et après un temps d'extinction de roue libre il commande la seconde installation d'extinction, la première et la seconde installation d'extinction éteignant un courant induit dans l'inductance, la seconde installation d'extinction éteignant le courant induit plus rapide-ment que la première installation d'extinction. L'invention concerne également un procédé de commande d'une inductance notamment d'une électrovanne d'une installation d'alimentation en carburant, selon lequel après une coupure d'un passage de courant vers l'inductance, on commande tout d'abord une première installation d'extinction pendant la durée d'extinction en roue libre, et en-suite on commande une seconde installation d'extinction, la première et la seconde installation d'extinction éteignant un courant induit dans l'inductance et la seconde installation d'extinction éteignant le courant plus rapidement que la première installation d'extinction. L'invention concerne enfin un circuit pour absorber un courant induit dans une inductance. Etat de la technique Dans le cas d'un étage de sortie impulsionnel ou étage de puissance impulsionnel, l'électrovanne est commandée par une impulsion de tension ce qui permet de régler un certain débit de la pompe. Pendant la commande, il s'établit une force magnétique agissant contre la force d'un ressort. Dès que la force magnétique dépasse la force du ressort, l'induit magnétique se déplace et commute la soupape de la vanne. Après l'impulsion de commande, il faut de nouveau réduire la force magnétique pour que l'induit revienne dans sa position de sortie. Ce n'est que lorsque la force magnétique est inférieure à la force développée par le ressort que l'induit peut décrocher. Dans le cas idéal, l'intensité revient à zéro pendant la phase d'extinction avant l'impulsion de commande suivante. Cet intervalle de temps compris entre l'extinction totale et l'impulsion de commande suivante a l'avantage d'avoir des conditions initiales toujours identiques pour une impulsion de commutation. Lorsque dans la période disponible l'intensité ne revient pas complètement à zéro, l'intensité peut se répercuter sur plusieurs périodes. Dans le cas le plus défavorable, le fonctionnement de l'électrovanne ne peut plus être assuré à cause d'une force magnétique résiduelle. En outre, cette répercussion du courant sollicite l'électrovanne fortement sur le plan thermique et peut la détruire. L'énergie accumulée pendant la commande dans le champ magnétique doit nécessairement être complètement absorbée pendant le temps disponible. Suivant la tension d'extinction, l'énergie accumulée dans le champ magnétique est convertie de façon correspondante dans la bobine ou dans la diode d'extinction. Pour une tension de OV, la phase d'extinction a une durée théorique infinie et l'énergie est convertie complètement dans la bobine. Pour une tension d'extinction d'amplitude infinie, le temps d'atténuation du courant se rapproche de zéro et l'énergie est totalement convertie dans l'élément d'extinction. Dans les étages de puissance impulsionnels actuels, l'extinction se fait par l'intermédiaire d'une diode de roue libre. Comme la tension d'extinction de la diode de roue libre est relativement faible (de l'ordre de 0,6 à 0,8 V) l'atténuation de l'intensité ou de l'énergie est d'autant plus lente. Pour cette raison, les diodes de roue libre s'utilisent principalement que pour des périodes de commutation longues. Le document DE 42 22 650 Al décrit déjà un procédé de commande d'un consommateur électromagnétique. Selon ce procédé, lors de la coupure, la tension électrique induite est absorbée à la fois par la diode de roue libre et par une diode d'extinction rapide. Il est prévu pour cela de faire dépendre le branchement de la diode de roue libre et de la diode d'extinction rapide de la vitesse de rotation par exemple du moteur à combustion interne. Pour une vitesse de rotation faible, il est prévu d'atténuer la tension induite exclusivement par l'intermédiaire de la diode de roue libre. Pour un régime croissant, la durée de fonctionnement de la diode de roue libre raccourcit si bien que la diode d'extinction rapide est mise en oeuvre toujours plus tôt. Pour des régimes élevés, l'extinction de la tension ne se fait plus que par la diode d'extinction rapide. Pour les régimes élevés (vitesse de rotation élevée) et/ou pour un grand nombre de cames d'entraînement de l'installation de pompe, les périodes de commutation se raccourcissent et l'extinction doit se faire d'autant plus rapidement. Cette extinction accélérée peut se faire pour une tension d'extinction élevée, par l'intermédiaire d'une diode Ze- ner. Pour une tension d'extinction élevée, la puissance perdue sur la diode Zener ou sur un transistor branché en parallèle augmente d'une manière plus que proportionnelle. Mais comme les appareils de commande de moteur se situent de manière caractéristique du point de vue de la puissance perdue au niveau de la limite supérieure, il faut dans le cas d'une extinction rapide, augmenter le boîtier de l'appareil de commande pour permettre d'évacuer une puissance dégagée plus importante à l'environnement de l'appareil de commande. Cette augmentation de la taille de l'appareil de commande se traduit par un surcoût significatif. Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne un dispositif et un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la durée d'extinction de roue libre ne passe pas en dessous d'une valeur minimale. Le dispositif et le procédé selon l'invention ont l'avantage vis-à-vis de l'état de la technique qu'en fixant une durée minimale, la première installation d'extinction éteint déjà une partie du courant induit dans l'inductance ou dans la bobine ou l'électrovanne. Cela garantit avantageusement que la seconde installation d'extinction n'aura plus qu'à éteindre une intensité induite, diminuée. Le circuit selon l'invention a l'avantage d'être d'une construction très compacte et fiable et de réaliser par la diode Zener et l'élément de commutation, un composant Zener commutable qui commande le passage du courant à travers l'élément de commutation d'une manière quasi autonome. D'une manière particulièrement avantageuse, la seconde installation d'extinction n'est mise en oeuvre qu'après que le courant in-duit soit passé en dessous d'un seuil d'extinction de courant prédéfini. Ainsi de manière avantageuse la première installation d'extinction absorbe tout d'abord la plus grande partie de l'intensité et la seconde installation d'extinction n'est mise en oeuvre que si le courant (intensité) induit passe en dessous d'un seuil si bien que la seconde installation d'extinction commence toujours l'extinction pour une intensité prédéfinie. Il est particulièrement avantageux que le seuil du courant d'extinction ou la durée minimale selon lesquels on commute de la pre- mière à la seconde installation d'extinction soit fixé pour ne pas dépasser une quantité de chaleur maximale définie qui peut être dégagée par le fonctionnement de la seconde installation d'extinction. En fixant la durée minimale ou le seuil de courant d'extinction par une quantité de chaleur prédéfinie ou souhaitée, qui ne doit pas être dépassée au maximum par le fonctionnement d'une installation d'extinction, il est avantageusement possible de protéger par exemple un appareil de commande contre une surcharge thermique. Il est en outre avantageux que la première installation d'extinction comprenne au moins une diode et que la seconde installation d'extinction comprenne au moins une diode Zener. C'est ainsi que la première installation d'extinction peut assurer l'extinction pour une première tension par exemple une tension d'extinction de roue libre U_LF = 0,6 à 0,8 V et que la seconde installation d'extinction assure l'extinction avec une seconde tension par exemple une tension Zener pour absorber ou éteindre le courant. Selon un autre développement avantageux, la première installation d'extinction comporte au moins un élément de commutation et la seconde installation d'extinction comporte au moins une diode si bien que de façon avantageuse, le procédé selon l'invention se réalise sans composant particulier. Selon l'invention, la tension d'extinction est augmentée par le fonctionnement de la seconde installation d'extinction avec pour avantage qu'en prédéfinissant une tension d'extinction plus élevée, on peut éteindre plus rapidement le courant induit. Pour le circuit selon l'invention, en parallèle à l'inductance on a un composant Zener commutable et une diode de roue libre branchés en série, le composant Zener commutable comprenant au moins un élé- ment de commutation et une diode Zener. Enfin, selon un développement concernant le circuit, l'élément de commutation de l'élément Zener commutable comprend une première, une seconde et une troisième borne et la liaison ou branche-ment électrique entre la première et la seconde borne se fait en fonction du potentiel appliqué à la troisième borne, et la diode Zener est installée entre la troisième et la première borne. Ce montage a l'avantage de per-mettre la commutation entre deux installations d'extinction de manière simple en modifiant le potentiel de commande et en réalisant par la diode Zener une régulation quasi linéaire de l'élément de commutation de façon à éteindre rapidement d'une manière avantageuse le courant induit. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre schématiquement un dispositif de commande d'une inductance, - la figure 2 montre un dispositif préférentiel de commande d'une inductance, - la figure 3 montre un élément Zener commutable du circuit préférentiel de la figure 2 selon une représentation détaillée, - la figure 4 montre schématiquement le chronogramme de l'intensité de la tension d'une commande d'inductance selon l'invention. Description des modes de réalisation La présente invention repose sur la considération générale qu'en coupant le passage du courant alimentant une inductance, on cher- che à atténuer la tension induite, rapidement mais en engendrant la chaleur dégagée par la puissance thermique dans les composants si possible à l'extérieur du dispositif commandé c'est-à-dire par exemple à l'extérieur de l'appareil de commande. L'extinction du courant selon l'invention est une combinai- son d'une extinction lente et d'une extinction rapide. La figure 1 montre schématiquement un dispositif selon l'invention pour commander une inductance 50. L'inductance 50 encore appelée électrovanne 50 dans la suite de la description est reliée par un premier branchement à une ligne d'alimentation qui, dans le présent exemple de réalisation est au potentiel de la batterie. L'autre branchement ou second branchement est relié par un élément de commutation 70 au potentiel de masse GND. En parallèle à l'électrovanne 50 on a un élément de commutation 80 ainsi qu'un élément de commutation 90 et une diode Zener 300. Un circuit de commande 200 est relié par des lignes de com- mande aux éléments de commutation 70, 80, 90. En fermant ou en ouvrant l'élément de commutation 70, on relie l'électrovanne 50 soit au potentiel de masse, soit on le coupe de celuici c'est-à-dire que l'élément de commutation 70 branche ou coupe l'électrovanne 50. Pendant la commande de l'électrovanne 50, les éléments de commutation 80, 90 sont ouverts. Après la coupure de l'électrovanne 50, du fait de la fermeture de l'élément de commutation 80, le second branchement de l'électrovanne 50 est relié au potentiel de la batterie. Le courant à travers l'électrovanne 50 s'éteint lentement; la tension d'extinction diminue pratiquement jusqu'à zéro. La puissance perdue ou dégagée se produit principalement dans l'inductance c'est-à-dire dans l'électrovanne 50 pour en être évacuée sous forme de chaleur vers l'environnement. Après un certain temps supérieur ou égal à une durée minimale selon l'invention ou en cas de dépassement d'un seuil d'intensité, l'élément de commutation 80 s'ouvre et l'élément de commutation 90 se ferme. La diode Zener 300 en parallèle sur l'électrovanne 50 produit une tension d'extinction supplémentaire. La diminution de l'intensité se fait alors beaucoup plus rapidement. Comme l'intensité est déjà atténuée dans une large mesure, la partie de l'extinction rapide dans le procédé d'extinction totale est faible. La puissance perdue ou dégagée dans la diode Zener 300 est faible de façon correspondante. Globalement, l'extinction étagée fait que l'énergie/puissance perdue dans l'appareil de commande n'augmente que de manière négligeable mais l'intensité est atténuée toutefois complètement dans la durée souhaitée. Dans le présent exemple de réalisation selon la figure 1, la liaison électrique par l'élément de commutation 80 constitue une première installation d'extinction. La seconde installation d'extinction et la liaison électrique passant par l'élément de commutation 90 et la diode Zener 300. En option, la première installation d'extinction peut comporter d'autres composants. De manière préférentielle, une diode de roue libre pourrait également faire partie de la première installation d'extinction. Dans ce cas, l'extinction se fait tout d'abord par la diode de roue libre puis par la diode Zener. La figure 2 montre un dispositif préférentiel de commande d'une inductance. L'inductance c'est-à-dire l'électrovanne 50 est reliée par sa première borne ou son premier branchement à une ligne d'alimentation. Dans le présent exemple de réalisation, cette ligne est au potentiel de la batterie. L'autre branchement (ou seconde borne) est relié par un élément de commutation 70 au potentiel de masse GND. En parallèle à l'électrovanne 50, on a une diode de roue libre 60 et un élément Zener commutable 100 branché en série. L'anode de la diode de roue libre 60 est reliée à la seconde ligne de branchement de l'électrovanne 50; la cathode est reliée à l'élément Zener commutable 100. Un autre branche- ment relie l'élément Zener 100 au potentiel d'alimentation; une troisième borne est reliée au potentiel de commande d'un circuit de commande 200. Le circuit de commande 200 commande en outre l'élément de commutation 70 par une autre ligne. En fermant ou en ouvrant l'élément de commutation 70, on relie ou on coupe l'électrovanne 50 du potentiel de masse; l'élément de commutation 70 assure ainsi la mise en marche ou l'arrêt de l'électrovanne 50. Après la coupure de l'électrovanne 50, l'élément Zener 100, commutable relie tout d'abord la diode de roue libre 60 au potentiel de la batterie. L'élément Zener 100 commutable du circuit préférentiel de la figure 2 est représenté en détail à la figure 3. Comme cela a déjà été décrit à propos de la figure 2, la diode de roue libre 60 et l'élément Zener commutable 100 sont branchés en série et l'ensemble est branché en parallèle sur l'électrovanne 50. L'élément Zener commutable 100 comprend un élément de commutation 110, une diode 130, une diode Zener 120 et une résistance 140. L'élément commutation 110 comprend une première et une seconde et troisième borne D, S, G; la liaison électrique entre la première et la seconde borne D, S se fait en fonction d'un potentiel appliqué à la troisième borne G ou encore cette liaison est coupée. La résistance 140 est prévue entre la seconde et la troisième borne S, G; la troisième borne est au potentiel de la tension d'alimentation et la seconde borne est au potentiel du circuit de commande 200 qu'il faut commander. Entre la troisième et la première borne G, D on a la diode 130 et la diode Zener 120 branchées en série; la cathode de la diode 130 est reliée à une troisième borne G; la cathode de la diode Zener 120 est reliée à la seconde borne D. La seconde borne D est en outre reliée à la cathode de la diode de roue libre 60; l'anode de la diode de roue libre 60 est reliée à la seconde borne de l'inductance 50. Par le choix d'un potentiel de commande approprié appliqué au troisième branchement G de l'élément de commutation 110, on cons- trait un chemin électrique entre la première et la seconde borne D, S et on relie ainsi la cathode de la diode de roue libre 60 au potentiel de la batte-rie. Du fait du potentiel de commande ainsi appliqué, on bloque le passage du courant par la diode 130 et la diode Zener 120. Lorsqu'on modifie le potentiel de commande appliqué à la troisième borne G pour rendre de nouveau passant le chemin électrique entre la première et la seconde borne D, S, on a un potentiel de commande permettant le passage du courant par la diode 130 et a diode Zener 120. La cathode de la diode de roue libre 160 n'est, dans ces conditions, plus appliquée à la tension d'alimentation mais elle est principalement à un potentiel prédéfini par la diode Zener 120. Toutefois, la troisième borne G de l'élément de commutation 110 est commandée par la diode Zener 120 si bien que le courant d'extinction peut principalement passer par l'élément de commutation 110 et les première et seconde bornes D, S pour revenir à la source d'alimentation. Le circuit fonctionne pratiquement comme un régulateur linéaire. Dans le présent exemple de réalisation selon les figures 2 et 3, la liaison électrique de la diode de roue libre 60 par l'élément de commutation 110 constitue une première installation d'extinction. La seconde installation d'extinction est constituée par la diode de roue libre 60 avec le transistor 110 en liaison avec la diode Zener. L'amplitude de la tension Zener est fixée par la diode Zener, la tension de passage est la tension de seuil du transistor. L'élément Zener commutable 100 sert principalement à fournir des tensions d'extinction différentes. La figure 4 montre schématiquement la commande de l'électrovanne 50 des figures 2 et 3 avec extinction consécutive qui se fait tout d'abord par la diode de roue libre 60 et ensuit par la diode Zener 120 de l'élément Zener commutable 100. Dès que l'électrovanne 50 est reliée au potentiel de masse par l'élément de commutation 70, le courant passant par la bobine de l'électrovanne augmente de manière caractéristique. L'ouverture de l'élément de commutation 70 après le temps de commande t_an fait passer le courant de la bobine non plus jusqu'à la masse mais par l'élément de commutation 110 rendu passant et la diode de roue libre 60 jusqu'au potentiel de batterie. Le second côté de branchement de l'électrovanne 50 reçoit la tension d'extinction de roue libre U_LF. En cas de dépassement vers le bas d'un certain seuil de courant d'extinction ou à partir d'une certaine durée d'extinction de diode de roue libre t_LF, le circuit de commande 200 applique une tension d'extinction de diode Zener U LZ à la troisième borne G de l'élément de commutation 110 et l'extinction de l'électrovanne ne se fait plus vers le potentiel de la batterie mais vers la tension d'extinction de la diode Zener U LZ. Le seuil de courant d'extinction ou le temps ou durée d'extinction de diode de roue libre t_LF se choisissent pour que le courant à éteindre par la seconde installation d'extinction chauffe la seconde installation d'extinction seulement jusqu'à une température maximale tolérable. Cette température maximale tolérable ne dépend pas nécessairement d'une température maximale autorisée des composants de l'installation d'extinction mais il faut également tenir compte notamment d'autres installations et possibilités de réchauffage dans l'environnement de la seconde installation d'extinction. Comme la seconde installation d'extinction se trouve de préférence dans l'appareil de commande, les possibilités de réchauffage de l'appareil de commande et d'autres composants comme source de chaleur doivent être prises en compte. La quantité maximale de chaleur que peut dégager la seconde installation d'extinction ne doit pas être dimensionnée pour dépasser la possibilité d'échauffement de l'appareil de commande et pour ne pas mettre en danger le fonctionne-ment de l'appareil de commande par la température prévisible. Le seuil de courant d'extinction est fixé pour ne pas dépasser la quantité de chaleur maximale tolérable de la seconde installation d'extinction. La même remarque s'applique à la durée d'extinction des diodes de roue libre t_LF qui ne doit pas passer en dessous d'une durée mi- nimale; la durée minimale est fixée pour qu'après le fonctionnement de la première installation d'extinction le courant qu'il reste à éteindre pendant la durée minimale soit suffisamment faible pour ne pas dépasser la quantité de chaleur maximale tolérable de la seconde installation d'extinction. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'élément de commutation 70 est un commutateur côté bas et il commute l'électrovanne en mode marche/arrêt. En coupant il éteint l'énergie magnétique accumulée dans le circuit de roue libre tout d'abord dans la diode de roue libre 60 puis dans la diode de roue libre 60 et la diode Zener 120. L'élément de commutation 110 de l'élément Zener 100 est par exem- ple constitué par un transistor Mos de puissance comme cela est indiqué à la figure 3 pour l'élément de commutation 110 avec une diode parasite non détaillée. La diode Zener 120 est branchée de préférence en parallèle à l'électrovanne 50 à cause de sa faible tension Zener. Cela a en outre l'avantage que l'opération d'extinction concerne uniquement l'absorption de l'énergie accumulée dans le circuit magnétique. Au contraire, dans le cas d'une extinction de type série, il faudrait en outre absorber l'énergie supplémentaire venant de la batterie. Dans la phase initiale d'extinction, le transistor Mos de puissance est complètement passant de sorte que seule la tension d'extinction des diodes de roue libre agit. A la fin du temps d'extinction t_LF des diodes de roue libre ou en cas de dépassement vers le bas d'un certain seuil d'intensité, le transistor Mos de puissance est bloqué de sorte que sa tension de drain augmente à un niveau tel que la succession des 2873233 io diodes entre son drain et sa source commande de nouveau le transistor jusqu'à la tension Zener. En principe, la réalisation électrique peut être différente des exemples de réalisation présentés ci-dessus. Pour l'essentiel, la structure du circuit doit être choisi pour qu'une première installation d'extinction applique une première tension d'extinction et qu'une seconde installation d'extinction applique une seconde tension d'extinction à l'inductance pendant l'extinction. On peut également envisager que la première et la seconde installation d'extinction soient des circuits indépendants ayant des caractéristiques d'intensité de tension différentes pendant une opération d'extinction. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de commande d'une inductance (50) à l'aide d'un circuit de commande (200) et d'une première et d'une seconde installation d'extinction, dans lequel le circuit de commande (200) commande un moyen de commutation (70) qui établit ou coupe le passage du courant vers l'inductance, le circuit de commande (200) gère tout d'abord la première installation d'extinction lorsqu'il coupe le passage du courant vers l'inductance (50) et après un temps d'extinction de roue libre (t_FL) il commande la seconde installation d'extinction, la première et la seconde installation d'extinction éteignant un courant induit dans l'inductance, la seconde installation d'extinction éteignant le courant induit plus rapidement que la première installation d'extinction, caractérisé en ce que la durée d'extinction de roue libre (t_FL) ne passe pas en dessous d'une valeur minimale. 2 ) Procédé de commande d'une inductance notamment d'une électn- vanne d'une installation d'alimentation en carburant, selon lequel après une coupure d'un passage de courant vers l'inductance, on commande tout d'abord une première installation d'extinction pendant la durée d'extinction en roue libre (t_FL), et ensuite on commande une seconde installation d'extinction, la première et la seconde installation d'extinction éteignant un courant induit dans l'inductance et la seconde installation d'extinction éteignant le courant plus rapidement que la première installation d'extinction, caractérisé en ce que la durée d'extinction de roue libre (t_FL) ne passe pas en dessous d'une valeur minimale. 3 ) Dispositif ou procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde installation d'extinction n'est mise en oeuvre que si le courant induit passe en dessous d'un seuil de courant d'extinction prédéfini. 4 ) Dispositif ou procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' on prédéfinit une quantité de chaleur maximale à dégager lors du fonctionnement de la seconde installation d'extinction, et à l'aide de cette quantité de chaleur, on fixe le seuil du courant d'extinction ou la durée minimale. 5 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première installation d'extinction comprend au moins une diode (60) et la seconde installation d'extinction comporte au moins une diode Zener (120). 6 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première installation d'extinction comprend au moins un élément de commutation (80, 110) et la seconde installation d'extinction comprend au moins une diode (300). 7 ) Dispositif ou procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tension d'extinction est augmentée par la mise en oeuvre de la seconde installation d'extinction. 8 ) Circuit (1) pour absorber un courant induit dans une inductance, caractérisé en ce qu' en parallèle à l'inductance (50) on a un composant Zener commutable (100) et une diode de roue libre (60) branchés en série, le composant Zener commutable (100) comprenant au moins un élément de commutation (110) et une diode Zener (120). 9 ) Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément de commutation (110) du composant Zener commutable (100) comprend une première et une seconde et une troisième borne D, S, G, la liaison électrique entre la première et la seconde borne D, S se fait en fonction du potentiel appliqué à la troisième borne G, et une diode Zener (120) est montée entre la troisième borne G et la première borne D.