Brevet FR2912824A1 — publié le 20080822

La présente invention concerne le domaine du contrôle moteur pour véhicule automobile. Plus précisément, l'invention concerne selon un premier de ses aspects, un procédé de régulation de la tension d'alimentation d'un microprocesseur utilisé dans un 5 calculateur de véhicule automobile, comprenant les étapes consistant à : - alimenter un régulateur de tension, relié à une source d'alimentation et configuré pour délivrer une tension de sortie dont la valeur maximale est prédéterminée, - alimenter le microprocesseur avec la tension de sortie du régulateur, et - contrôler la tension de sortie du régulateur et commander sélectivement la 10 mise en fonctionnement du microprocesseur lorsque celle-ci devient supérieure à une tension seuil prédéterminée, et la mise en arrêt de fonctionnement du microprocesseur lorsque celle-ci devient inférieure à la tension seuil prédéterminée. Un tel procédé est connu de l'homme du métier. Toutefois, dans certaines circonstances décrites ultérieurement, il peut se produire des oscillations de la tension de 15 sortie du régulateur qui induisent une fréquence de mise en fonctionnement / arrêt du microprocesseur importante, et susceptible de nuire au bon fonctionnement du système dans lequel le microprocesseur est utilisé. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé visant à s'extraire du phénomène d'oscillations. 20 Avec cet objectif en vue, le procédé selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci-avant, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape consistant à créer une sous-tension transitoire en alimentation du microprocesseur. Grâce à cette sous- tension transitoire, le phénomène d'oscillations de la 25 tension de sortie du régulateur peut être limité, voire supprimé. De préférence, la mise en fonctionnement du microprocesseur est différée dans le temps lorsque la tension de sortie du régulateur devient supérieure au seuil prédéterminé et la mise en arrêt de fonctionnement du microprocesseur est quasi immédiate lorsque ladite tension de sortie du régulateur devient inférieure à la tension de 30 seuil prédéterminée. Dans un mode de réalisation, le début de la sous-tension commence lorsque le microprocesseur est en arrêt de fonctionnement. De préférence, l'arrêt de la sous-tension commence au plus près du franchissement de la tension seuil, lorsque le microprocesseur est mis en fonctionnement. 2 De préférence, la sous-tension finit au plus tard lorsque la tension de sortie du régulateur a franchi la tension seuil. En effet, il n'est pas utile que la sous-tension soit mise en oeuvre pendant le fonctionnement du microprocesseur. Avantageusement, l'arrêt de la sous-tension et le franchissement de la tension 5 seuil sont simultanés. L'invention concerne également, selon un autre de ses aspects, un dispositif de régulation de la tension d'alimentation d'un microprocesseur utilisé dans un calculateur de véhicule automobile, le dispositif étant susceptible de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, et comprenant : 10 - une source d'alimentation, - un régulateur de tension, relié à la source d'alimentation et configuré pour délivrer une tension de sortie dont la valeur maximale est prédéterminée, et - des moyens de contrôle-commande, configurés pour contrôler la tension de sortie du régulateur et pour commander sélectivement, via une ligne de commande, la 15 mise en fonctionnement du microprocesseur lorsque celle-ci devient supérieure à une tension seuil prédéterminée, et la mise en arrêt de fonctionnement du microprocesseur lorsque celle-ci devient inférieure à la tension seuil prédéterminée. Selon l'invention, le dispositif est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre : 20 - des moyens pour créer une sous-tension transitoire en alimentation du microprocesseur. De préférence encore, les moyens de contrôle-commande sont au moins partiellement intégrés au régulateur. Dans un mode de réalisation, les moyens pour créer une sous-tension 25 transitoire comprennent des moyens de consommation de courant, la sous-tension étant créée par l'activation des moyens de consommation de courant. De préférence, l'activation des moyens de consommation est mise en oeuvre par des moyens comprenant un transistor MOS, en l'espèce PMOS, dont la grille est reliée à la ligne de commande de mise en arrêt/fonctionnement du microprocesseur. 30 De préférence, les moyens pour créer une sous-tension sont actifs lorsque le microprocesseur est en arrêt de fonctionnement. Dans un mode de réalisation, les moyens pour créer une sous-tension sont rendus inactifs simultanément au franchissement de la tension seuil par la tension de sortie du régulateur. 35 De préférence, la valeur de la sous-tension est prédéterminée en fonction de la consommation du microprocesseur en fonctionnement. 3 D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente le problème que vise à résoudre l'invention, - la figure 2 représente la dynamique du dispositif selon l'invention, - la figure 3 représente un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, et - la figure 4 représente un mode de réalisation du procédé selon l'invention. Un dispositif classique de régulation de la tension d'alimentation d'un microprocesseur 40 utilisé dans un calculateur (ECU) de véhicule automobile est illustré sur une partie de la figure 3. Un tel dispositif classique comprend notamment une source d'alimentation 10, en l'espèce la batterie du véhicule automobile. Or la tension aux bornes du calculateur (ECU) peut être amenée à fluctuer, notamment entre 6 V et 16 V. Il existe en outre des phases transitoires durant lesquelles la tension aux bornes de la batterie sort même de cette plage. L'amplitude maximale peut alors aller de -100 V à + 110V. Cette tension est donc variable, et par conséquent impropre à l'alimentation directe des organes électroniques internes au calculateur (ECU), qui, eux, nécessitent une alimentation stable. Par "alimentation stable" on entend ici une alimentation délivrant une tension fixe dont la valeur est constante. A cet effet, on dispose classiquement d'un régulateur de tension 20, relié à la source d'alimentation 10, et configuré pour délivrer une tension de sortie dont la valeur nominale est prédéterminée, en l'espèce 5 V. La commande d'activation du régulateur de tension 20 est délivrée par le moyen de mise sous tension 11, qui peut être par exemple la clef de contact du véhicule. La fonction du régulateur de tension 20 est de produire une tension stable de valeur prédéterminée VSR, ce qui est bien le cas lorsqu'il est activé et que la tension aux bornes du calculateur (ECU) est au moins 0,5 V au dessus de VSR. Lorsque la tension aux bornes du calculateur (ECU) augmente (en partant de VSR - 0,5 V), la tension de sortie du régulateur augmente également (s'il est activé), 30 jusqu'à atteindre la valeur maximale prédéterminée VSR, constante. Le régulateur de tension 20 est couplé à des moyens de contrôle-commande 30, en l'espèce partiellement intégrés au régulateur 20 (mais non nécessairement en général), qui exercent une fonction de mesure et de surveillance de la tension de sortie du régulateur. Ces moyens de contrôle-commande 30 commandent 35 également l'arrêt et/ou la mise en fonctionnement du microprocesseur 40. Afin de ne pas endommager le calculateur (ECU) ou le moteur du véhicule, le microprocesseur 40 n'est autorisé à fonctionner que si la tension VS contrôlée en sortie 4 du régulateur de tension 20 est supérieure ou égale à une valeur seuil prédéterminée VTH, en l'espèce une valeur seuil de tension VTH comprise entre 4,5 V et 4,8 V, et de préférence égale à 4,65 V. Dans certains cas, par exemple pendant des phases transitoires de montée en tension (démarrage du véhicule automobile), la tension en sortie du régulateur de tension est inférieure à la valeur seuil. Dans ce cas, le microprocesseur n'est pas mis en fonctionnement (bien qu'alimenté). De même, lors d'une coupure moteur par exemple, si un organe consommateur de courant reste allumé, par exemple les moyens d'éclairage ou de 10 signalisation, la tension va peu à peu diminuer aux bornes du calculateur. Si le microprocesseur est alimenté par une tension inférieure à sa tension nominale ou la tension de seuil VTH, celui-ci travaille dans des conditions dégradées qui peuvent être nuisibles, voire fatales, au fonctionnement du véhicule automobile, par exemple en écrivant des données de manière irréversible dans des mémoires 15 permanentes de façon inappropriée. Les moyens de contrôle-commande 30 sont donc configurés pour empêcher (arrêter) le fonctionnement du microprocesseur lorsque sa tension d'alimentation est inférieure à la tension seuil VTH. A cet effet, lorsque la tension d'alimentation augmente, les moyens de 20 contrôle-commande 30 empêchent l'activation du microprocesseur 40 tant que celle-ci ne franchit pas la tension seuil VTH de manière ascendante. De plus, il est également nécessaire qu'un temps de retard TTH s'écoule entre le franchissement du seuil VTH et l'activation dudit microprocesseur 40. Réciproquement, lorsque la tension d'alimentation diminue, les moyens de 25 contrôle-commande 30 stoppent l'alimentation du microprocesseur 40 lorsque celle-ci franchit la tension seuil de manière descendante. Cet arrêt est presque immédiat, mais il existe toujours un temps TR qui correspond au temps de réaction à la détection du franchissement du seuil VTH. Par "franchissement de la tension de seuil VTH de manière ascendante ou 30 descendante", on entend que la différence de tension mesurée à la sortie du régulateur 20 entre deux instants distincts est respectivement positive et négative. Dans ce contexte, le problème d'oscillations que vise à résoudre la présente invention est illustré à la figure 1. Sur cette figure, la première ligne représente l'évolution de la tension aux 35 bornes du calculateur (ECU) du véhicule automobile Vbatt. Cette évolution est globalement illustrée par une fonction continue à croissance constante et de pente relativement faible. La deuxième ligne représente, de manière synchrone, l'évolution de la tension de sortie du régulateur VS. La troisième ligne représente, de manière synchrone, l'évolution du courant consommé I sur la ligne d'alimentation du microprocesseur. 5 La quatrième ligne représente l'évolution de la commande CMD de mise en fonctionnement du microprocesseur 40 par les moyens de contrôle-commande 30. Une évolution de la tension aux bornes du calculateur (ECU) est mise en oeuvre pour des phases de qualification du calculateur (ECU), afin d'améliorer sa robustesse face aux phases transitoires de la tension à ses bornes lors de l'utilisation du véhicule. Lorsque la tension de sortie du régulateur VS a franchi la tension de seuil VTH (VS VTH) depuis le temps de retard TTH, le microprocesseur 40 se met en fonctionnement par les moyens de contrôle-commande 30. Lorsque le microprocesseur 40 est en fonctionnement, celui-ci consomme du courant. En consommant du courant, il provoque des pertes sur sa ligne d'alimentation. Or, ces pertes n'existent pas lorsque le microprocesseur ne fonctionne pas. Par conséquent, pour une basse tension aux bornes du calculateur (ECU), à la mise en fonctionnement du microprocesseur 40, il apparaît une légère baisse de tension de sortie VS du régulateur (voir figure 1). Cette baisse de tension peut être suffisante pour franchir à nouveau, dans l'autre sens, la tension seuil VTH (VS Ce phénomène d'oscillations, ainsi que le nombre d'oscillations, dépend notamment de la pente de montée en tension du régulateur, c'est-à-dire de la pente de montée en tension aux bornes du calculateur (ECU). Or dans certains cas, la pente de montée en tension du régulateur n'est pas modifiable et un nombre d'oscillations trop important peu provoquer des problèmes. Il est donc souhaitable de limiter le nombre d'oscillations consécutives tout en conservant la même pente de montée en tension du régulateur, et de préférence les éliminer toutes. 6 Dans certaines stratégies de surveillance, le nombre d'ordres de coupure du microprocesseur peut être limité, en l'espèce à cinq. Cette valeur limite permet de garantir que les différents composants électroniques alimentés ne sont pas endommagés par les coupures d'alimentation. A cet effet, le nombre d'ordres de coupure est comptabilisé et comparé à la valeur limite. Si la valeur limite est dépassée, les moyens de contrôle-commande 30 le mémorisent. A titre d'exemple, la pente de montée en tension d'alimentation peut correspondre pour certains tests à une montée en tension de la batterie de 1 V à 13,5 V en deux heures. Avec une telle pente, des centaines d'oscillations se produisent, c'est-à- dire un nombre largement supérieur à la valeur limite. Dans ce cas, les moyens de contrôle-commande 30 désactivent le microprocesseur, jusqu'à la coupure de son alimentation. Avec un tel test de montée d'alimentation lente, il n'est ainsi pas possible sans l'invention de rendre le calculateur (ECU) opérationnel. Selon l'invention, on définit une logique de contrôle dans laquelle les moyens de contrôle-commande contrôlent également le nombre d'état d'arrêt de fonctionnement pendant une période donnée. Si celui-ci est supérieur à un nombre prédéterminé, on considère que le dispositif est défaillant. Cette logique de contrôle est avantageusement mise en oeuvre lors de tests 20 die validation des composants électroniques (tests de qualification du calculateur), ou à la mise sous tension du véhicule automobile. Pour résoudre le problème d'oscillations, la présente invention propose une solution particulièrement peu onéreuse à mettre en oeuvre. Dans un mode de réalisation, illustré à la figure 3, le dispositif selon l'invention 25 comprend des moyens 50 pour créer une sous-tension transitoire sur une ligne d'alimentation du microprocesseur. Ces moyens 50 pour créer une sous-tension transitoire peuvent être couplés aux moyens de contrôle-commande 30, comme illustré par la liaison en pointillés de la figure 3. 30 L'invention dans son principe vise à éviter les variations de tension de sortie du régulateur du fait de la mise en fonctionnement du microprocesseur. Dans un mode de réalisation, la neutralisation des variations de tension de sortie du régulateur est mise en oeuvre par des moyens de consommation de courant, en particulier lorsque le microprocesseur ne fonctionne pas, de sorte à créer un courant 35 inhibiteur. Grâce à ce courant inhibiteur, la tension d'alimentation VS délivrée par le régulateur 20 est légèrement baissée. 7 Ainsi, au moment où le microprocesseur 40 reçoit l'ordre de mise en fonctionnement de la part des moyens de contrôle-commande 30, c'est-à-dire au moment où la tension de sortie du régulateur 20 franchit la tension de seuil VTH, ce seuil peut être franchi avec une marge de franchissement modulable. A cet effet, le dispositif selon l'invention comprend des moyens de coupure du courant inhibiteur. Ces moyens de coupure sont configurés pour couper le courant inhibiteur au moment du franchissement de la tension seuil. De fait, la tension d'alimentation remonte alors légèrement, de sorte à créer la marge de franchissement, et permet d'éviter les phénomènes d'oscillation précédemment décrits lorsque la marge est correctement définie. De préférence, la valeur du courant inhibiteur est prédéterminée en fonction du type de microprocesseur, c'est-à-dire en fonction du courant consommé par le microprocesseur en fonctionnement. De préférence, la valeur du courant inhibiteur est supérieure ou égale à la 15 valeur du courant consommé par le microprocesseur en fonctionnement. De préférence, la valeur du courant inhibiteur est constante. En fait, la phase pendant laquelle le microprocesseur ne fonctionne pas est courte. Le courant inhibiteur ne pénalise donc pas la consommation globale. En outre, en approximant la valeur du courant inhibiteur à la consommation du microprocesseur, cela 20 revient à ce que la consommation globale soit la même quel que soit l'état du microprocesseur, en fonctionnement ou à l'arrêt. Lorsque le régulateur n'est pas en fonctionnement, par exemple à l'arrêt total du véhicule, du fait d'une coupure de batterie ou de sa désactivation par le moyen de mise sous tension 11, la tension en sortie est nulle. Dans cet état, il ne peut pas non plus 25 y avoir de courant inhibiteur, donc la consommation globale n'est pas pénalisée à ce stade. Dans un mode de réalisation, lors d'une montée en tension, par exemple à la mise sous tension du véhicule automobile, le courant inhibiteur n'est généré que pendant la phase transitoire entre la mise sous tension et l'atteinte de la tension seuil en sortie du 30 régulateur. Dans un mode de réalisation, le courant inhibiteur est consommé dans un ensemble d'au moins une résistance à partir de la sortie du régulateur. De préférence, la valeur de la résistance équivalente correspondant à l'ensemble de résistances est prédéterminée en fonction de la consommation du 35 microprocesseur. 8 Dans un mode de réalisation, les moyens de coupure comprennent au moins un transistor, en l'espèce PMOS dont la grille est reliée à la ligne de commande des moyens de contrôle-commande. La dynamique d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, dans les 5 mêmes conditions que celles illustrées à la figure 1, est illustrée figure 2. La première ligne représente l'évolution de la tension aux bornes du calculateur (ECU) du véhicule automobile Vbatt. Cette évolution est globalement illustrée par une fonction continue à croissance constante et de pente relativement faible. La deuxième ligne représente, de manière synchrone, l'évolution de la tension 10 die sortie du régulateur VS. La troisième ligne représente, de manière synchrone, l'évolution du courant consommé I sur la ligne d'alimentation du microprocesseur. La quatrième ligne représente l'évolution de la commande CMD de mise en fonctionnement du microprocesseur 40 par les moyens de contrôle-commande 30. 15 Grâce au courant inhibiteur, la consommation du courant I sur la ligne d'alimentation du microprocesseur est sensiblement linéaire et la tension de sortie du régulateur augmente progressivement. Lorsque la tension de sortie VS franchit la tension seuil VTH les moyens de contrôle-commande 30 émettent un signal de mise en fonctionnement du 20 microprocesseur (ligne de commande CMD en valeur logique 1), et, en même temps, coupent le courant inhibiteur. Les temps de réaction sont très faibles et correspondent à une phase transitoire où le courant peut être nul, ou, au contraire, égal à la somme du courant inhibiteur et de la consommation du microprocesseur. Sous condition de durée faible, le condensateur de sortie du régulateur de tension 20 supprime tout effet sur VS. A 25 titre d'exemple, un courant de 1 A pendant 1 ns ne produit qu'une variation de tension de 1 mV aux bornes d'un condensateur de 1 pF. Grâce à l'invention, il n'y a plus de chute de tension due à la mise en fonctionnement du microprocesseur puisque celle-ci est compensée par l'arrêt de la sous-tension. 30 Ainsi, la tension de sortie VS du régulateur 20 augmente et puisqu'elle ne repasse pas en deçà de la tension seuil VTH du fait de la mise en fonctionnement du microprocesseur, le phénomène d'oscillations est supprimé. En lien avec la figure 4, le procédé de régulation de la tension d'alimentation d'un microprocesseur susceptible d'être utilisé dans un calculateur (ECU) de véhicule 35 automobile comprend les étapes consistant à : - alimenter 410 un régulateur de tension, relié à une source d'alimentation et configuré pour délivrer une tension de sortie dont la valeur maximale est prédéterminée, 9 - alimenter 420 le microprocesseur avec la tension de sortie du régulateur, et - contrôler 430 la tension de sortie du régulateur et commander 440 la mise en fonctionnement différée du microprocesseur lorsque celle-ci devient supérieure à une tension seuil prédéterminée, et la mise en arrêt de fonctionnement du microprocesseur lorsque celle-ci devient inférieure à la tension seuil prédéterminée, et - une étape consistant à créer une sous-tension transitoire 450 en alimentation du microprocesseur. D'autres modes de réalisation non illustrés sont possibles. Par exemple, on peut utiliser d'autres moyens de consommation de courant, notamment une source de 10 courant pilotable de préférence par les moyens de contrôle-commande 30. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de la tension d'alimentation d'un microprocesseur utilisé dans un calculateur (ECU) de véhicule automobile, comprenant les étapes consistant à : - alimenter (410) un régulateur de tension, relié à une source d'alimentation et configuré pour délivrer une tension de sortie dont la valeur maximale est prédéterminée, - alimenter (420) le microprocesseur avec la tension de sortie du régulateur, et contrôler (430) la tension de sortie du régulateur et commander (440) sélectivement la mise en fonctionnement du microprocesseur lorsque celle-ci devient supérieure à une tension seuil prédéterminée, et la mise en arrêt de fonctionnement du microprocesseur lorsque celle-ci devient inférieure à la tension seuil prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : -une étape consistant à créer une sous-tension transitoire (450) en alimentation du microprocesseur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mise en fonctionnement du microprocesseur est différée (TTH) dans le temps lorsque la tension de sortie du régulateur devient supérieure au seuil prédéterminé et la mise en arrêt de fonctionnement du microprocesseur est quasi immédiate (TR) lorsque ladite tension de sortie du régulateur devient inférieure à la tension de seuil prédéterminée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le début de la sous-tension commence lorsque le microprocesseur est en arrêt de fonctionnement. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la sous-tension finit au plus tard lorsque la tension de sortie du régulateur a franchi la tension seuil et que le microprocesseur est mis en fonctionnement. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 25 lequel l'arrêt de la sous-tension et la mise en fonctionnement du microprocesseur suite au franchissement de la tension seuil sont simultanés. 6. Dispositif de régulation de la tension d'alimentation d'un microprocesseur (40) utilisé dans un calculateur (ECU) de véhicule automobile, et comprenant : 30 - une source d'alimentation (10), - un régulateur de tension (20), relié à la source d'alimentation et configuré pour délivrer une tension de sortie dont la valeur maximale est prédéterminée, et - des moyens de contrôle-commande (30), configurés pour contrôler la tension de sortie du régulateur et pour commander sélectivement la mise en fonctionnement 35 retardée du microprocesseur (40) lorsque celle-ci devient supérieure à une tension seuilprédéterminée, et la mise en arrêt de fonctionnement immédiate du microprocesseur lorsque celle-ci devient inférieure à la tension seuil prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - des moyens pour créer une sous-tension transitoire (50) en alimentation du 5 microprocesseur (40). 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens (50) pour créer une sous-tension transitoire comprennent des moyens de consommation de courant, la sous-tension étant créée par l'activation des moyens de consommation de courant. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel l'activation des moyens de 10 consommation est mise en oeuvre par des moyens comprenant un transistor MOS dont la grille est reliée à la ligne de commande de mise en arrêt/fonctionnement du microprocesseur. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel les moyens pour créer une sous-tension sont actifs lorsque le microprocesseur est en arrêt 15 de fonctionnement. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel les moyens pour créer une sous-tension sont inactifs simultanément au franchissement de la tension seuil par la tension de sortie du régulateur. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, dans lequel la 20 valeur de la sous-tension est prédéterminée en fonction de la consommation du microprocesseur en fonctionnement.