Brevet FR2882476A1 — publié le 20060825

CIRCUIT D'EXCITATION D'UN ALTERNATEUR, NOTAMMENT POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention est relative à un circL.it d'alimentation d'un inducteur d'alternateur, notamment pour véhicule automobile. La plupart des alternateurs pour véhicule automobile comportent un stator dont les bobinages délivrent une tension à un réseau de bord, et un rotor entraîné par le moteur du véhicule et qui présente un bobinage inducteur destiné à engendrer un champ magnétique tournant qui induit une tension alternative aux bornes des bobinages du stator. Le bobinage inducteur est alimenté par le réseau de 15 bord, c'est-à-dire qu'il tire son énergie d'une batterie du véhicule ou de l'alternateur luimême. Ainsi, le bobinage inducteur est alimenté au maximum à la même tension que celle fournie par l'alternateur. En cas de baisse de charge du réseau de bord, la tension d'alimentation de l'inducteur est inférieure à la tension du réseau de bord. La commande de la tension du bobinage inducteur est, par exemple, effectuée à l'aide d'un interrupteur en série avec le bobinage inducteur et qui est fermé pendant des durées d'impulsions fonction de la tension de charge. L'invention résulte de la constatation qu'un tel alternateur nécessite une durée non négligeable pour atteindre son fonctionnement en régime permanent. Ce retard constitue un inconvénient gênant, notamment en cas de variation rapide de la charge du réseau de bord. Ainsi, le circuit d'alimentation d'un inducteur conforme à l'invention comporte un circuit d'élévation de tension ou boost qui fournit une tension sensiblement supérieure à celle fournie par l'alternateur et par le réseau de bord, ce circuit d'élévation de tension fournissant une tension découpée au bobinage inducteur afin qu'en valeur moyenne cette tension d'inducteur soit du même ordre de grandeur que la tension du réseau de bord. Ainsi, on confère momentanément au bobinage inducteur une puissance importante, ce qui diminue le temps d'établissement du régime permanent de l'alternateur. Par exemple, en faisant appel à une tension augmentée à 100 volts alors que la tension des batteries est de 12 volts, le régime permanent de l'alternateur peut être atteint en environ 30 millisecondes, alors qu'il est atteint en 150 millisecondes lorsqu'on découpe directement la tension de 12 volts. L'invention concerne donc: un circuit d'alimentation du bobinage inducteur d'un alternateur, destiné à alimenter le réseau de bord d'un véhicule automobile, ce bobinage inducteur étant alimenté par l'intermédiaire du réseau de bord, la tension du bobinage inducteur étant régulée par découpage, qui est caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'élévation de tension pour augmenter d'au moins un facteur deux la tension du réseau de bord afin d'alimenter par découpage le bobinage inducteur, la commande du découpage permettant de fournir aux bornes du bobinage inducteur une tension moyenne du même ordre de grandeur que la tension du réseau de bord. Dans une réalisation, le circuit comprend un moyen pour faire dépendre la tension délivrée par le circuit d'élévation de tension du régime du moteur du véhicule automobile. Dans ce cas, le moyen pour faire dépendre du régime du moteur la tension fournie par le circuit d'élévation de tension peut être tel que la tension est plus faible à bas régime qu'à haut régime. Dans une réalisation, le circuit est tel qu'il comprend un moyen pour court-circuiter le bobinage inducteur en cas de diminution brusque de la charge de l'alternateur. Dans ce cas, le moyen pour court-circuiter le bobinage inducteur peut comporter tension aux bornes de ce brusque de la charge et un moyen d'inversion pour que la bobinage ait, lors de la diminution la mise en court-circuit, un signe opposé au signe de la tension imposée diminution de la charge. Le moyen d'inversion et le tension peuvent être tels que, lors du dissipée alimente le réseau connecté àà ce bobinage avant la circuit d'élévation de court-circuit, l'énergie l'alternateur. Dans une réalisation, une première borne du bobinage inducteur est reliée, d'une part, à une première sortie du circuit d'élévation de tension par l'intermédiaire d'un premier interrupteur, et, d'autre part, à la seconde sortie du circuit d'élévation de tension par l'intermédiaire d'une première diode, la seconde borne du bobinage inducteur est reliée, d'une part, à la seconde sortie du circuit d'élévation de tension par l'intermédiaire d'un second interrupteur, et, d'autre part, à la première borne de sortie de ce circuit d'élévation de tension par l'intermédiaire d'une seconde diode, et le circuit comprend un moyen pour commander l'ouverture du premier et/ou du second interrupteur lors de la détection d'une diminution de charge du réseau alimenté par l'alternateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, cette description étant effectuée en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma d'un circuit d'excitation conforme à l'invention, La figure 2 est un schéma analogue à celui de la 10 figure 1 mais pour une variante, et Les figures 3a et 3b sont des diagrammes illustrent les propriétés d'un circuit d'excitation conforme à l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1. Dans l'exemple représenté sur cette figure, l'alternateur comporte un stator 10 dont les bobinages délivrent une tension Ualt à un réseau de bord. L'alternateur comporte aussi un rotor entraîné par le moteur du véhicule qui présente un bobinage inducteur 12 produisant un champ magnétique tournent pour induire une tension alternative aux bornes des bobinages du stator 10. Le bobinage inducteur 12 est alimenté par le réseau de bord ou par l'alternateur lui-même. Une première borne 16 de sortie de l'alternateur est reliée à la masse 14 tandis que l'autre borne 20 de sortie de l'alternateur est reliée au réseau de bord. Ainsi, les bornes 16 et 20 constituent en même temps la sortie de l'alternateur et l'entrée du réseau de bord. Entre ces bornes apparaît la tension Liait qui est appliquée à l'entrée d'un régulateur 22 destiné à commander la tension aux bornes du bobinage 12 en fonction de la charge du réseau de bord, comme décrit plus loin. La tension Ualt est également appliquée, conformément à l'invention, à un circuit de boost 50 qui délivre, entre ses bornes de sortie 52 et 54, une tension sensiblement supérieure à la tension Ualt. Cette tension est, dans l'exemple, au moins deux :35 fois, de préférence trois fois, la tension Uait. La tension Uex apparaissant entre la borne 54, reliée à la masse, et la borne 52, est découpée à l'aide d'un interrupteur commandé 34, et/ou 40, commandé par le régulateur 22 afin que la tension moyenne aux bornes du bobinage 12 ne dépasse pas la valeur requise, de l'ordre de Uait. Par ailleurs, le montage d'alimentation du bobinage inducteur 12 est tel que la tension d'excitation présente, en régime permanent, une polarité déterminée, par exemple la polarité de la tension Ualt, alors qu'en cas de diminution brusque de la charge sur le réseau, la tension aux bornes du bobinage inducteur 12 présente momentanément une polarité opposée afin de réduire les surtensions fournies transitoirement par l'alternateur. On sait que ces surtensions sont dangereuses pour les composants du réseau de bord et obligent aussi à surdimensionner les divers composants ou à prévoir c.es protections onéreuses. Ainsi, la première borne 32 du bobinage 12 est reliée à la masse, et donc à la sortie 54 du circuit 50, par l'intermédiaire de l'interrupteur 34 commandé par le régulateur 22. Cette première borne 32 du bobinage 12 est également connectée à la borne 52 du circuit 50 par l'intermédiaire d'une diode 36 dont l'anode est directement connectée à la borne 32. De façon analogue, la seconde borne 38 du bobinage inducteur 12 est connectée, d'une part, à la borne 52 du circuit 50 par l'intermédiaire de l'interrupteur 40 commandé par le circuit régulateur 22, et, d'autre part, à la masse (et donc à la borne 54 du circuit 50) par l'intermédiaire d'une diode 42 dont la cathode est connectée directement à la borne 38. :30 Le fonctionnement est le suivant: Au démarrage du moteur, les interrupteurs 34 et 40 sont fermés. Ainsi, l'inducteur 12 est alimenté en permanence par l'intermédiaire du réseau de bord, à travers le circuit de boost 50. Le régulateur 22 impose une consigne à la tension du bobinage inducteur en commandant par découpage l'interrupteur 34. Ainsi, quand la tension Ualt apparaissant à l'entrée du régulateur 22, est inférieure à la consigne, l'interrupteur 34 reste constamment fermé comme l'interrupteur 40. Ensuite, quand la consigne est atteinte, l'interrupteur 34 est alternativemeflt ouvert et fermé, par exemple, à une fréquence de l'ordre de 20 kHertz, la largeur d'impulsion dépendant de l'écart entre la consigne et la valeur mesurée. Dans cet exemple, les interrupteurs 34 et 40 sont des transistors MOS. En cas de baisse de charge dans le réseau, baisse qui est détectée par le régulateur 22, ce régulateur commande l'ouverture de l'interrupteur 34 et/ou de l'interrupteur '0. Dans ces conditions, les diodes 36 et 42 deviennent passantes et on obtient aux bornes du bobinage inducteur 12 une tension qui est l'opposé de la tension Uex entre les bornes 52 et 54. En conséquence, l'intensité du courant, qui garde toujours le même sens dans le bobinage inducteur 12, diminue rapidement. L'énergie accumulée dans le bobinage 12 est évacuée vers le circuit de boost 50, et ce dernier la restitue au réseau de bord. A cet effet, le circuit de boost est réversible en courant. Ainsi, on récupère dans ce réseau de bord une partie de l'énergie, ce qui diminue la consommation en énergie électrique. Comme montré par les diagrammes des figures 3a et:-:;b, par rapport à un circuit d'excitation dépourvu de circuit de boost 50, l'établissement du régime permanent de l'alternateur s'effectue de façon plus rapide. En particulier, quand intervient une diminution brusque de la charge du réseau de bord, la durée des éventuelles surtensions produites par l'alternateur est sensiblement réduite. Ces diagrammes correspondent au cas où la tension normale de l'alternateur est de 14 volts et la tension fournie par le circuit de boost est de l'ordre de 42 volts. Le diagramme de la figure 3a est un diagramme sur lequel on a porté en ordonnées l'intensité, en ampères, du courant électrique en sortie de l'alternateur, d'une part, pour une réalisation classique et, d'autre part, pour une réalisation selon l'invention correspondant à la figure 1. La courbe 70 correspond au circuit classique tandis que la courbe 72 correspond au circuit selon l'invention. Dans l'exemple représenté sur cette figure, au temps t = 0,05 seconde, la charge de l'alternateur augmente de 60 Ampères environ et au temps t = 0, 1 seconde, cette charge disparaît. On voit qu'avec l'invention (courbe 72), l'intensité du courant de sortie de l'alternateur s'établit en quelques millisecondes après apparition de la charge supplémentaire tandis que dans le cas classique (courbe 70), l'intensité n'a pas eu le temps de se stabiliser avant que la surcharge disparaisse. Quand la surcharge disparaît, avec l'invention l'intensité du courant de sortie de l'alternateur se rétablit en quelques millisecondes, alors qu'avec un montage classicue (courbe 70), il faut environ 60 millisecondes avant cue l'intensité retrouve sa valeur d'origine. La figure 3b représente la variation de l'intensité du courant d'excitation dans la même situation que celle décrite ci-dessus, c'est-àdire avec une surcharge de 60 Ampères au temps t = 0,05 seconde et la disparition de cette surcharge au temps t = 0,1 seconde. Avec le circuit selon l'invention, cette intensité du courant d'excitation (courbe 74) suit, de façon quasi immédiate, les variations de la charge alors qu'avec un circuit classicue (courbe 76), le courant d'excitation réagit de façon beauccup plus lente aux variations de la charge. Le mode de réalisation représenté sur la figure 2 se distingue de celui représenté sur la figure 1 par le fait cue l'on prévoit un seul interrupteur de découpage 60 et une seule diode de roue libre 62. De façon plus précise: la borne 52 du circuit 50 est reliée à une borne 64 qui est connectée directement à une borne 122 du bobinage 12 et qui est connectée aussi à la borne 54 à la masse par l'intermédiaire de la dicde 62 dont l'anode est reliée directement à la borne 54. L'autre borne 121 du bobinage 12 est également reliée à la borne 54. Le régulateur 22 module la largeur d'impulsion de fermeture de l'interrupteur 60 pour que la tension moyenne aux bornes du bobinage 12 ait la valeur désirée, de l'ordre de Uait Contrairement au circuit représenté sur la figure 1, lors d'une diminution brusque de la charge du réseau de bord, par exemple lors de la déconnexion d'une charge dans ce réseau, la tension appliquée au bobinage 12, ne change pas de signe. Ainsi, par rapport au circuit représenté sur la figure 1, la réalisation montrée sur la figure 2 est plus simple mais est moins efficace pour limiter les surtensions produites par l'alternateur. Toutefois, le circuit 50 de boost permet, par rapport à un montage classique, de limiter ces surtensions. Dans une réalisation (non montrée), on fait dépencre la tension de boost du régime du moteur. En particulier, il est préférable que la tension fournie par le circuit 50 soit, à bas régime, notamment au ralenti, inférieure à la tension lorsque le régime est plus important, car le circuit 50 provoque, notamment en cas de variation brusque de la charge du réseau de bord, un appel de puissance qui entraîne un appel de couple pouvant faire caler le moteur lorsque celui-ci est à bas régime. REVENDICATIONS 1. Circuit d'alimentation du bobinage inducteur (12) d'un alternateur, destiné à alimenter le réseau de bord d'un véhicule automobile, ce bobinage inducteur étant alimenté par l'intermédiaire du réseau de bord, la tension du bobinage inducteur étant régulée par découpage, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'élévation de tension (50) pour augmenter d'au moins un facteur deux la tension du réseau de bord afin d'alimenter par découpage le bobinage inducteur, la conuuande du découpage permettant de fournir aux bornes du bobinage inducteur une tension moyenne du même ordre de grandeur que la tension du réseau de bord. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour faire dépendre la tension délivrée par le circuit d'élévation de tension du régime du moteur du véhicule automobile. 3. Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen pour faire dépendre du régime du moteur la tension fournie par le circuit d'élévation de tension est tel que la tension est plus faible à bas régime qu'à haut régime. 4. Circuit selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour court-circuiter le bobinage inducteur en cas de diminution brusque de la charge de l'alternateur. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen pour court-circuiter le bobinage inducteur comporte un moyen d'inversion pour que la tension aux bornes de ce bobinage ait, lors de la diminution brusque de la charge et la mise en court-circuit, un signe opposé au signe de la tension imposée à ce bobinage avant la diminution de la charge. 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen d'inversion et le circuit d'élévation de tension sont tels que, lors du court-circuit, l'énergie dissipée alimente le réseau connecté à l'alternateur. 7 Circuit selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'une première borne (32) du bobinage inducteur (12) est reliée, d'une part, à une première sortie du circuit d'élévation de tension par l'intermédiaire d'un premier interrupteur (34), et, d'autre part, à la seconde sortie du circuit d'élévation de tension par l'intermédiaire d'une première diode (36), en ce que la seconde borne (38) du bobinage inducteur (12) est reliée, d'une part, à la seconde sortie du circuit d'élévation de tension par l'intermédiaire d'un second interrupteur (40), et, d'autre part, à la première borne de sortie de ce circuit d'élévation de tension par l'intermédiaire d'une seconde diode (42), et en ce qu'il comprend un moyen (22) pour commander l'ouverture du premier et/ou du second interrupteur lors de la détection d'une diminution de charge du réseau alimenté par l'alternateur.