Brevet FR2910190A1 — publié le 20080620

2.R442.12FR.19 DA dépôt 1 L'invention concerne un générateur Très Haute Tension (THT) protégé, particulièrement adapté à une utilisation dans un dispositif de post-traitement électrostatique disposé dans la ligne d'échappement d'un véhicule automobile. L'invention porte ainsi sur le générateur THT en tant que tel incluant des moyens de protection ainsi que sur un dispositif applicatif complet comprenant une charge applicative alimentée par un tel générateur THT, par exemple un dispositif de post-traitement électrostatique. Enfin, elle porte aussi sur un véhicule automobile incluant un tel dispositif applicatif. La figure 1 illustre un filtre électrostatique de l'art antérieur disposé dans la ligne d'échappement d'un véhicule automobile, tel que décrit par exemple dans la demande de brevet français FR2839903. Ce filtre comprend une enceinte 1 cylindrique comportant à l'une de ses extrémités une entrée 2 des gaz d'échappement et à l'autre extrémité une sortie 3 de ces gaz d'échappement. Un filament métallique 4 maintenu par des blocs 5, 6 de centrage et d'isolation s'étend axialement entre les deux extrémités 2, 3 de l'enceinte 1. Le bloc 6 est partiellement en céramique pour supporter le filament 4 et l'isoler d'une autre partie du bloc qui est métallique. Le filament 4 est entouré par une cellule de filtrage 7 constituée par un réseau de fils ou fibres métalliques définissant une multitude d'orifices de passages radiaux pour les gaz d'échappement. En outre, le filament 4 est relié à un générateur haute tension 8 apte à créer entre ce filament 4 et la cellule 7, qui est reliée à la masse 9, un champ électrostatique. Les gaz d'échappement qui traversent radialement la cellule 7 sont ionisés au préalable au voisinage du filament 4. Cette ionisation génère la présence d'électrons et d'ions positifs et négatifs qui, en s'attachant aux particules de suie de l'écoulement vont favoriser leur capture sur les fibres de la cellule 7. Il existe un besoin de mise en oeuvre d'un tel dispositif au sein 2910190 2.R442.12FR.19 DA dépôt 2 d'un véhicule automobile sur la base d'un générateur THT et/ou un dispositif électrique protégé. Un objet de l'invention est donc de proposer un dispositif électrique 5 protégé, adapté à une application au sein d'un véhicule automobile pour un dispositif de post-traitement électrostatique incluant un générateur THT. L'invention repose sur un générateur Très Haute Tension (THT) générant 10 une très haute tension en sortie et comprenant une liaison à la masse, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de protection contre les court-circuits disposé sur sa liaison à la masse ou sur sa sortie très haute tension. Ce moyen de protection contre les court-circuits peut être une résistance comprenant une bonne résistance à la chaleur, et une valeur 15 comprise entre 10 et 10000 Ohms, comme par exemple quelques centaines d'Ohms, pour une tension du générateur THT entre 1000 et 20000 Volts. Le générateur Très Haute Tension peut comprendre une montée en 20 tension progressive pour limiter les effets néfastes des situations de court-circuits permanents ou quasi-permanents. Il peut aussi comprendre un onduleur à résonance, comprenant un condensateur en série avec le circuit primaire du transformateur. 25 De plus, le générateur Très Haute Tension (THT) précédent peut comprendre un moyen de protection sur son circuit primaire, qui peut être un interrupteur thermique ou un fusible. Le générateur THT peut aussi comprendre un moyen de mesure de la 30 tension et/ou un moyen de mesure du courant, le moyen de mesure de la 2910190 2.R442.12FR.19 DA dépôt 3 tension pouvant être disposé entre la sortie haute tension du générateur THT et sa masse. Le moyen de mesure du courant peut être une résistance disposée sur la sortie à la masse du générateur THT. 5 Ainsi, le générateur Très Haute Tension (THT) peut comprendre une première résistance de protection et une seconde résistance de mesure du courant en série, disposées sur sa liaison à la masse. Selon une autre variante, le générateur Très Haute Tension (THT) peut en 10 outre comprendre un moyen de protection de type isolation galvanique sur la ou les liaison(s) électrique(s) entre la haute tension et la basse tension. L'invention porte aussi sur un dispositif de post-traitement électrostatique pour véhicule comprenant un générateur THT tel que décrit 15 précédemment pour son alimentation électrique. Ce dispositif post-traitement électrostatique pour véhicule peut comprendre une enceinte cylindrique comportant à l'une de ses extrémités une entrée des gaz d'échappement et à l'autre extrémité une sortie de ces gaz d'échappement, un filament métallique s'étendant axialement entre les 20 deux extrémités de l'enceinte, entouré par une cellule de filtrage constituée par un réseau de fils ou fibres métalliques définissant une multitude d'orifices de passages radiaux pour les gaz d'échappement, et relié au générateur THT apte à créer entre ce filament et la cellule de filtrage qui est reliée à la masse, un champ électrostatique. 25 Enfin, l'invention porte aussi sur un véhicule automobile comprenant une source d'énergie électrique basse tension et un générateur THT tel que décrit précédemment pour alimenter une charge applicative de type dispositif de post-traitement électrostatique ou de filtrage de l'air de 30 l'habitacle. 2910190 2.R442.1 2FR. 1 9 DA dépôt 4 Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes d'exécution particuliers faits à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes 5 parmi lesquelles : La figure 1 représente une vue en coupe d'un dispositif de post-traitement électrostatique destiné à la ligne d'échappement d'un véhicule selon l'art antérieur ; 10 la figure 2 représente un schéma électrique simplifié de la mise en oeuvre d'un dispositif de post-traitement électrostatique destiné à la ligne d'échappement d'un véhicule ; la figure 3 représente un schéma électrique simplifié d'un générateur THT; la figure 4 représente un schéma électrique simplifié d'un premier risque 15 existant dans un dispositif comprenant un générateur THT avec une charge applicative ; la figure 5 représente un schéma électrique simplifié selon un mode d'exécution de l'invention ; la figure 6 représente un schéma du surcourant en fonction du temps pour 20 illustrer le fonctionnement d'une variante d'exécution de l'invention ; les figures 7 et 8 représentent schématiquement une autre variante d'exécution de l'invention prenant en compte une protection du circuit primaire du générateur THT ; la figure 9 représente schématiquement une autre variante de l'invention. 25 La figure 2 illustre la mise en oeuvre de l'invention pour un dispositif applicatif de dispositif de type post traitement électrostatique 13 au sein d'un véhicule automobile. Un tel dispositif repose sur un générateur THT 12 alimenté par une source d'énergie électrique basse tension 11 du 30 véhicule automobile tel que par exemple un alternateur ou une batterie. 2910190 2.R442.12FR.19 DA dépôt 5 Comme illustré sur la figure 3, le générateur THT 12 comprend d'abord un onduleur 14 dont la fonction est de transformer l'énergie électrique de type continue en énergie électrique alternative, puis un transformateur élévateur de tension 15 pour passer de la basse tension alternative en 5 haute tension alternative, de l'ordre de 1000 à 20000 volts, puis un redresseur 16 pour retransformer la tension de sortie en une tension continue. Ces fonctions sont réalisées de manière connue par des composants électroniques dont les principaux sont illustrés sur les figures 4 et 7. Sur la figure 7, l'onduleur 14 est à résonance et comprend 10 principalement un condensateur résonant C14 et une inductance résonante L14. Sur les figures 4 et 7, le transformateur comprend une inductance primaire L15 en relation avec au moins une inductance secondaire L'15, et le redresseur 16 comprend, outre des composants non représentés tels que des diodes, au moins un condensateur de filtrage 15 C16 en parallèle avec l'inductance secondaire L'15. Le transformateur 15 sépare le circuit électrique en une partie amont primaire à basse tension incluant l'inductance primaire L15 et une partie avale secondaire à haute tension incluant l'inductance secondaire L'15. 20 L'invention est illustrée et décrite pour une charge applicative 13 de type traitement post-électrostatique d'un véhicule automobile mais elle pourrait aussi être implémentée de manière similaire pour d'autres applications comme le filtrage de l'air de l'habitacle du véhicule automobile, le reformeur d'une pile à combustible... 25 La figure 4 illustre un risque du type de dispositif électrique décrit précédemment. Il existe en effet une probabilité non négligeable de court- circuit en sortie 19 du générateur THT, illustré par l'arc 17 sur la figure, qui peut être dû ou non à la charge applicative 13 et qui se manifeste par un 30 brutal déchargement du ou des consendateur(s) de filtrage C16, en 2910190 2.R442.12FR.19 DA dépôt 6 entraînant un brusque surcourant 18, illustré par la figure 4' représentant le courant en fonction du temps. Un tel court-circuit est très nuisible car il peut endommager les composants électroniques de la partie secondaire du transformateur, incluant les condensateurs C16. 5 Selon le concept de l'invention, le générateur THT mis en oeuvre et présenté sur les figures 2 et 3 comprend un moyen de protection contre de tels court-circuits pour limiter leurs impacts très nuisibles. Le mode de réalisation de l'invention, illustré sur la figure 5, repose sur un moyen de 10 protection 21 disposé sur le chemin emprunté par le courant électrique entre les condensateurs de filtrage C16 et la charge applicative 13 afin de limiter l'amplitude crête 18 du courant de court-circuit. Une réalisation avantageuse consiste à disposer une résistance de protection 21 au pied du secondaire du transformateur, de manière à avoir directement une de 15 ses bornes à la masse 20 de la partie secondaire du générateur THT 12. Une variante de réalisation possible serait de placer une résistance de protection sur la sortie 19 du générateur THT. Cette résistance de protection 21 doit être suffisante pour permettre une forte chute du surcourant 18 dans un cas de court-circuit tel que décrit précédemment 20 sans présenter une chute de tension trop importante pour ne pas impacter le fonctionnement normal du dispositif applicatif. Une résistance de préférence entre 10 et 10000 Ohm pourrait convenir pour un générateur THT générant entre 1000 et 20000 V sur sa sortie 19. Pour l'application envisagée dans un véhicule automobile, des résistances de quelques 25 centaines d'Ohm, de préférence entre 300 et 500 Ohm représentent par exemple un bon compromis De plus, cette résistance doit présenter des bonnes caractéristiques de résistance aux échauffements par effet Joule, pour résister aux surcourants susceptibles de la traverser. En remarque, sur le schéma de la figure 5, la charge applicative 13 est positionnée entre 30 la sortie 19 du générateur THT et une masse distincte 20' pour illustrer le 2910190 2.R442.12FR.19 DA dépôt 7 cas d'une application à masse diffuse, ce qui est le cas pour un dispositif de post-traitement électrostatique de véhicule automobile. Selon une première variante de réalisation de la fonction de protection 5 précédente, il est possible de forcer une récurrence espacée dans le temps des court-circuits électriques pour réduire les effets néfastes d'une situation extrême de court-circuit permanent ou quasi-permanent. Pour cela, une mise en oeuvre consiste à imposer une mise en route lente et progressive du générateur THT. La figure 6 représente la mise en oeuvre 10 d'une telle variante. Les figures de gauche représentent des hypothèses de variations rapides de la tension du générateur THT en fonction du temps, qui mènent sur des court-circuits récurrents au-delà d'un seuil maximal de la tension. Les figures de droite représentent la variation de la tension avec la mise en oeuvre de cette variante de réalisation de 15 l'invention, selon lesquelles la tension remonte progressivement avant d'atteindre le seuil de claquage. Pour une même période, le nombre de court-circuits est ainsi fortement réduit avec l'implémentation de cette variante de réalisation, ce qui permet aux composants électroniques et notamment la résistance de protection 21 de mieux supporter les 20 situations extrêmes de court-circuits permanents. Cette variante pourra être mise en oeuvre en combinaison avec un moyen de mesure du courant et/ou de la tension de sortie du générateur THT, pour détecter automatiquement les situations de court-circuits. Par exemple, le passage de la tension à une valeur inférieure à une valeur seuil, par exemple 500 V 25 pour une application à 5000 V, peut être un critère de présence d'un défaut dû à un court-circuit. Pour cela, une solution pour mesurer la tension consiste en un moyen de mesure de la tension 22 placé entre la sortie haute tension 19 du 30 générateur THT 12 et sa masse 20, comme représenté sur la figure 9. 2910190 2.R442.12FR.19 DA dépôt 8 Une solution pour mesurer le courant consiste en un moyen de mesure du courant disposé entre la sortie à la masse du générateur THT 12 et cette masse 20. Cette mesure du courant peut être basée sur la même 5 résistance 21 que celle utilisée comme moyen de protection. Selon une autre réalisation avantageuse représentée sur la figure 9, une résistance distincte 23 peut être utilisée en série, pour permettre d'utiliser une résistance plus précise 23 adaptée à la fonction de mesure associée à une résistance de protection 21 moins précise, permettant 10 avantageusement de séparer les fonctions pour choisir deux résistances de caractéristiques différentes, spécifiquement adaptées à leur propre fonction. Selon une seconde variante de réalisation de l'invention, un moyen de 15 protection complémentaire est disposé au niveau du circuit primaire basse tension en amont du générateur THT 12. Pour cela, il est possible de prévoir un onduleur à résonance, dont le condensateur C14 placé en série avec le primaire du transformateur, 20 comme illustré sur la figure 7, permet de protéger le circuit primaire d'un court-circuit survenant au secondaire du transformateur en limitant la puissance pouvant transiter par le transformateur. Dans un autre cas où un court-circuit est possible au niveau du circuit 25 primaire, comme par exemple si un onduleur parallèle est utilisé, pour lequel le courant du circuit secondaire se répercute sur le circuit primaire, un moyen de protection 24 est prévu au niveau du circuit primaire, comme illustré sur la figure 8. Un tel moyen de protection 24 peut consister en un interrupteur thermique ou un fusible. 30 2910190 2.R442.12FR.19 DA dépôt 9 La figure 9 illustre enfin une dernière variante de réalisation intégrant un moyen de protection complémentaire 25. Pour protéger le générateur et les personnes, il est important d'empêcher toute liaison électrique entre la zone basse tension et la zone haute tension du dispositif. Pourtant des 5 liaisons peuvent être nécessaires pour la transmission d'informations telles que les mesures de tension et de courant, comme illustré sur la figure 9. Dans de tels cas, un moyen de protection 25 de type isolation galvanique est disposé sur ces liaisons, pour garantir cette protection supplémentaire. 10 Comme cela a été vu, l'invention peut avantageusement être implémentée dans le contexte d'un véhicule automobile, pour une application de post-traitement électrostatique. Toutefois, le concept peut être implémenté pour toute autre application plasma nécessitant un générateur THT. 15 Revendications 1. Générateur Très Haute Tension (THT) (12) générant une très haute tension en sortie (19) et comprenant une liaison à la masse (20), caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de protection (21) contre les court-circuits disposé sur sa liaison à la masse (20) ou sur sa sortie très haute tension (19). 2. Générateur Très Haute Tension (THT) (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de protection (21) contre les court-circuits est une résistance comprenant une bonne résistance à la chaleur. 3. Générateur Très Haute Tension (THT) (12) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résistance (21) a une valeur comprise entre 10 et 10000 Ohms, comme par exemple quelques centaines d'Ohms, pour une tension du générateur THT (12) entre 1000 et 20000 Volts. 4. Générateur Très Haute Tension (THT) (12) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une montée en tension progressive pour limiter les effets néfastes des situations de court-circuits permanents ou quasi-permanents. 5. Générateur Très Haute Tension (THT) (12) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un onduleur (14) à résonance, comprenant un condensateur (C14) en série avec le circuit primaire du transformateur (15). 6. Générateur Très Haute Tension (THT) (12) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de protection (24) sur le circuit primaire du générateur THT (12). 2910190 2. R442.12FR.19 DA dépôt 11 7. Générateur Très Haute Tension (THT) (12) selon la revendication 6, caractérisé en ce que le moyen de protection (24) est un interrupteur thermique ou un fusible. 8. Générateur Très Haute Tension (THT) (12) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de mesure de la tension (22) et/ou un moyen de mesure du courant (23). 10 9. Générateur Très Haute Tension (THT) (12) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen de mesure de la tension (22) est disposé entre la sortie haute tension (19) du générateur THT (12) et sa masse (20). 15 10. Générateur Très Haute Tension (THT) (12) selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le moyen de mesure du courant (23) est une résistance disposée sur la sortie à la masse (20) du générateur THT (12). 11. Générateur Très Haute Tension (THT) (12) selon la revendication 20 précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une première résistance de protection (21) et une seconde résistance de mesure du courant (23) en série disposées sur la liaison à la masse (20) du générateur THT. 12. Générateur Très Haute Tension (THT) (12) selon l'une des 25 revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de protection (25) de type isolation galvanique sur la ou les liaison(s) électrique(s) entre la haute tension et la basse tension. 5 2910190 2. R442.12FR.19 DA dépôt 12 13. Dispositif de post-traitement électrostatique pour véhicule comprenant un générateur THT (12) selon l'une des revendications 1 à 12 pour son alimentation électrique. 5 14. Dispositif post-traitement électrostatique pour véhicule selon la revendication précédente comprenant une enceinte (1) cylindrique comportant à l'une de ses extrémités une entrée (2) des gaz d'échappement et à l'autre extrémité une sortie (3) de ces gaz d'échappement, un filament métallique (4) s'étendant axialement entre les 10 deux extrémités (2, 3) de l'enceinte (1), entouré par une cellule de filtrage (7) constituée par un réseau de fils ou fibres métalliques définissant une multitude d'orifices de passages radiaux pour les gaz d'échappement, et relié au générateur THT (12) apte à créer entre ce filament (4) et la cellule de filtrage (7) qui est reliée à la masse (20'), un champ électrostatique. 15 15. Véhicule automobile comprenant une source d'énergie électrique basse tension (11) et un générateur THT (12) selon l'une des revendications 1 à 13 pour alimenter une charge applicative (13) de type dispositif de post-traitement électrostatique ou de filtrage de l'air de 20 l'habitacle.