Brevet FR2892209A1 — publié le 20070420

La présente invention concerne un procédé d'alimentation électrique appliqué sur un câble relié à une charge distante et régulé par contre réaction limitant la chute de tension sur la charge consécutive à la résistance du câble. Une boucle de contre réaction d'asservissement relie l'alimentation à la charge et impose une tension fixe sur cette charge. Cette boucle d'asservissement permet de connecter des dispositifs qui émettent et reçoivent un support de transmission dont le protocole des données permet la transmission d'informations numériques. De nombreux dispositifs informatique et de téléphonie sont organisés en réseaux de câblage au standard informatique. Ils disposent généralement d'alimentations électriques déportées pour alimenter leurs systèmes électroniques. Cette disposition est justifiée par la forte résistance ohmique des fils utilisés, qui interdit le transfert de courant d'alimentation élevé et qui provoque une chute de tension conséquente sur la charge. Les réseaux de câblage informatique sont organisés par paires torsadées conditionnées dans des câbles multi paires. Cette technique de câblage est devenue une offre alternative pour de nombreuses autres applications, comme l'audiovisuel et la domotique en optimisant la qualité des données transmises particulièrement sur de longues distances. La difficulté d'alimenter des dispositifs électroniques déportés par ce type de câble est un frein technologique pour de nombreuses autres applications. La présente invention est particulièrement adaptée à ces domaines techniques de câblage, mais vise bien d'autres applications qui nécessitent une alimentation électrique stabilisée sur une charge ne disposant pas d'alimentation électrique de proximité. La chute de tension provoquée par la résistance du câble d'alimentation ne peut être compensé simplement par une tension élevée appliquée sur la source d'alimentation, étant donné la prise en compte de trois paramètres variiables: la longueur du câble, le diamètre des fils et les courants circulant dans la charge. Il en résulte généralement, soit une tension de charge trop faible, soit une surtension provoquant une dissipation thermique excessive dans les circuits de régulation des appareils et pouvant entraîner leur destruction. Une technique de régulation à découpage est utilisée en téléphonie. Un régulateur de tension est disposé sur la charge de fin de ligne et absorbe les variations de tensions d'alimentation. Cette disposition nécessite cependant, d'appliquer au départ du câble une tension élevée, calculée pour compenser la perte estimée suivant la longueur du câble et l'amplitude du courant demandé. Ce procédé implique toutefois la connaissance du courant de charge globale pour ne pas dépasser le seuil technique de l'alimentation, car aucun lien d'asservissement n'existe entre la source d'alimentation et la charge. Ce type de régulateur à découpage a l'inconvénient majeur de maintenir une résistance de sortie de régulation élevée et de générer des parasites consécutifs aux courants induits aux fréquences de commutations élevées par la self de stockage du régulateur. Pour certaines applications, comme la transmission d'images analogiques sur une paire torsadée, ce procédé a l'inconvénient de générer des perturbations souvent visibles sur l'image. Ce problème est récurrent pour ce type d'alimentation à forte résistance de sortie qui rend difficile la maîtrise des courants de masse si plusieurs circuits électroniques utilisent la même alimentation. Le dispositif de régulation suivant l'invention dispose d'une faible résistance interne, est exempt d'interférences et limite la dissipation thermique du régulateur pour toutes les configurations de puissance. Par ailleurs, on dispose par ce procédé de régulation, outre des données concernant la qualité physique du câble, résistance et continuité d'un support de transmission numérique permettant un dialogue permanent de systèmes. La figure 1 permet de mieux comprendre le fonctionnement et l'intérêt technique de ce dispositif de régulation et de communication. Il comporte deux éléments distincts, un bloc régulateur d'alimentation asservie (1) ayant pour fonction de fournir une tension continue suffisante pour alimenter par un câble de longueur variable (5 et 6), un régulateur de tension fixe de fin de ligne (10) dédié à la charge (13), l'ensemble étant représentée par le bloc (2). Une alimentation électrique adaptée à la puissance générale du dispositif est appliquée à l'entrée positive (3) du régulateur primaire et (4) comme masse de référence. Le principe de régulation suivant l'invention utilise un fil pilote de boucle d'asservissement (7) supportant une information analogique de régulation. Ce fil est complémentaire à la paire des fils 2892209 -3 du câble d'alimentation. Il relie et contrôle le bloc de régulation de charge (1) en fonction des données d'asservissement mesurées au point (8) situé à l'entrée du régulateur déporté (10). La tension appliquée à l'entrée de ce régulateur est idéalement limitée à sa tension minimum de régulation 5 différentielle. Cette tension stabilisée par l'asservissement permet de limiter, pour des courants de charges variables, la dissipation thermique du régulateur. Par souci de simplification du calcul de compensation de charge de régulation et d'exploitation des données d'asservissement, le fil pilote sera avantageusement de même diamètre que les fils de la paire d'alimentation. 10 La boucle d'asservissement transmet une tension positive prélevée au point (8) et référencée à la masse de l'alimentation générale (14). Le dispositif d'asservissement corrige l'erreur de lecture de tension provoquée par la résistance du fil de la boucle d'asservissement (7) par un générateur à courant constant fixé par exemple à 10 milliampères qui charge la boucle 15 d'asservissement à travers les résistances de valeurs fixes (16 et 17). Ce courant constant détermine la résistance du fil pilote par une tension qui sera proportionnelle à sa longueur. La tension de lecture est prélevée du point (8) reportée au point (27) du générateur (15) qui détermine après traitement et compensation, le point d'asservissement du régulateur (9). La tension 20 prélevée au point (27) est mémorisée par l'intégrateur (18). Un comparateur analogique (19) est référencé à une tension de consigne fixe (20) définissant la valeur de consigne du point de régulation de la boucle et donc la tension régulée appliquée au point (8) à l'entrée du régulateur (10). Cette tension de référence (20) est comparée à la tension de l'intégrateur. Il en résulte une 25 tension analogique différentielle de pilotage oscillant autour de la tension de référence (20) et qui asservit le régulateur (9). La tension de sortie du régulateur (9) est directement reportée par le câble (6) sur le régulateur (10) pour imposer une tension d'entrée fixe. Cette tension est stabilisée quel que soit la charge imposée sur la sortie (13). Le fil pilote d'asservissement (7) doit 30 par ailleurs transmettre des informations numériques. La figure (2) précise le protocole de communication véhiculé par le fil pilote. Les paliers positifs (22) du signal numérique correspondent au seuil de tension analogique modulé par la tension d'asservissement prélevée et mémorisée par l'intégrateur (18). La mémoire de l'intégrateur est isolée de chaque impulsion négative justifiant 35 l'information numérique par une diode de blocage (11). Cette diode évite pour chaque incrément la décharge du 2892209 -4 condensateur d'intégration (18). La valeur analogique d'asservissement est donc préservée dans le message numérique pour être appliquée sur le comparateur analogique (19). Le bruit de commutation de la tension du seuil (22) est reporté sur l'intégrateur et sur l'alimentation pour être 5 lissé par le régulateur (10). Les entrées de commandes numériques concernent les entrées (25 et 26), et la réception des informations, les sorties (34 et 36). Les transistors (23 et 24) conduisent en temps partagé suivant un protocole de communication pour produire des impulsions négatives sur 10 le fil pilote par extraction de courant au travers des résistances de limitations (28 et 29). La forme numérique du signal est justifiée par des impulsions négatives (30 et 31) de la figure 2, de durée et d'amplitude variable suivant le protocole de codage. Le transistor de lecture (32) est polarisé sur sa base par les résistances (16 et 17) et 15 chargé par la résistance (33). Il conduit pour chaque impulsion négative sur l'émetteur produisant une tension de polarisation de base suffisante. Les impulsions numériques sont prélevées sur le collecteur (34) pour la lecture de toutes les informations véhiculées sur le fil pilote. Le filtre analogique (35) produit les mêmes informations 20 numériques prélevées au point (36) qui sont l'image des informations du point (34). Ce support d'information peut être mis à profit pour contrôler l'alimentation générale et être disponible pour des données concernant les appareils alimentés sur la charge (13). Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à 25 l'alimentation électrique d'une charge déportée par un câble et à compenser les chutes de tension constatées à ces bornes consécutives aux courants circulants. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'alimentation électrique régulée sur une charge déportée par un câble, caractérisé (figure 1) en ce qu'il comporte un régulateur d'alimentation primaire (9) à tension de sortie variable pour alimenter à travers un câble d'alimentation (5 et 6) un régulateur déporté (10) à tension de sortie fixe appliquée sur une charge (13) et dont la tension d'entrée (8) est stabilisée par une boucle d'asservissement analogique (7) qui pilote la tension de sortie du régulateur primaire (9) permettant ainsi de corriger par contre réaction de tension toute chute de tension induite dans le câble d'alimentation consécutif à sa résistance ohmique et aux courants circulants. 2) Dispositif suivant la revendication (1) caractérisé en ce que la boucle d'asservissement (7) est constituée par un fil complémentaire au câble d'alimentation (5 et 6) chargé à travers les résistances séries (16 et 17) par un générateur à courant constant (15) ce qui à pour conséquence de reporter à ces bornes toutes les variations de tension mesuré sur la résistance (16) relié au point (8) situé à l'entrée du régulateur déporté (10). 3) Dispositif suivant l'une des quelconque revendications précédentes caractérisé en ce que la boucle d'asservissement (7) est modulé en tension par les transistors (23 et 24) pour former des impulsions négatives (figure 2) de durées et d'amplitudes variables (30 et 31) justifiant un protocole de communication numérique exploitable entre les régulateurs primaire (9) et déporté (10) et que ce signal numérique est indépendant du dispositif régulation analogique défini par les seuils positifs (22) de ce signal. 4) Dispositif suivant l'une des quelconques revendications précédentes caractérisé en ce que la boucle d'asservissement (7) transmet à un intégrateur (18) les crêtes positives (22) du signal numérique (30 et 31) prélevé au point (8) situé à l'entrée du régulateur déporté (10) intégrées à travers une diode de blocage (11) interdisant aux impulsions négatives de ce signal de décharger le condensateur d'intégration et que cette tension d'intégration est comparée par un comparateur analogique (19) à une tension de consigne fixe (20) défini comme point de régulation de la boucle d'asservissement imposant une tension de régulation suffisante à l'entrée du régulateur déporté (10).