Brevet FR2932946A1 — publié le 20091225

La présente invention concerne un procédé de commande d'un ventilateur en fonction de la position horizontale ou verticale d'un appareil. La présente invention concerne aussi un appareil mettant en oeuvre le procédé. Les appareils électroniques consomment une importante énergie en fonctionnement normal. Cette énergie se transforme en chaleur qui se concentre dans les appareils habituellement fermés. Avec la concentration des circuits intégrés, l'électronique d'un appareil moderne dégage plus de chaleur par unité de surface que les appareils plus anciens. Cette concentration entraîne une augmentation de la température qui, à terme, est préjudiciable à la fiabilité des circuits intégrés et des autres éléments sensibles tels que les unités centrales et le disque dur. Pour remédier à ce problème, on implémente dans les appareils électroniques un système de refroidissement utilisant un ou plusieurs ventilateurs qui insufflent de l'air frais de l'extérieur pour refroidir l'intérieur. L'intégration d'un disque dur dans les décodeurs de télévision permettant ainsi les fonctions d'un PVR (de l'Anglais � Personal Video Recorder �) augmente considérablement la chaleur dégagée par l'ensemble des circuits actifs. Par exemple, il n'est pas rare de trouver dans le commerce des produits PVR Haute Définition à double réception ayant une consommation moyenne de l'ordre de 40W. Si elle n'est pas évacuée cette chaleur provoque un vieillissement accéléré des composants électroniques finissant par une détérioration irréversible. Pour éviter cela, les constructeurs découpent dans le boîtier de l'appareil des ouïes d'aération permettant une évacuation de l'air chaud. Un ventilateur est disposé devant les ouïes pour accélérer les échanges avec l'extérieur et permettre un bon refroidissement interne . Mais l'utilisation à pleine vitesse d'un ventilateur est bruyante. Si l'appareil est un décodeur de télévision qui peut par exemple, être placé dans une chambre, dans ce cas, il ne doit pas perturber le sommeil des utilisateurs. Le seuil maximum habituellement admis est de vingt cinq décibels. Cette mesure est réalisée selon la méthode � Sound Pressure � c'est-à-dire à l'aide d'un microphone placé à un mètre de la face avant du décodeur. Pour réduire le niveau sonore, le système d'asservissement du ventilateur contrôle régulièrement la vitesse et la module en fonction d'une consigne à atteindre. Une sonde de température est placée dans un endroit habituellement chaud de l'appareil. Dès qu'un seuil de température est atteint ou dépassé, la vitesse du ventilateur augmente en proportion de l'écart entre le seuil de température et la valeur mesurée par la sonde. Lors de la mise sous tension de l'appareil, le ventilateur est mis en marche au ralenti, et dès que la température dépasse 50°C à l'intérieur de l'appareil, la vitesse du ventilateur est augmentée. Si l'on dépasse une certaine vitesse de rotation, l'appareil devient bruyant. Pour contrôler son fonctionnement, le ventilateur dispose d'une sonde tachymétrique qui émet un signal fonction de la vitesse réelle des pales. L'unité de contrôle du ventilateur analyse les signaux provenant de la sonde tachymétrique et assure une régulation de la vitesse du ventilateur. La régulation s'effectue par un automatisme de type PDI (P pour proportionnel, D pour différentiel et I pour Intégral). Cet automatisme performant permet une régulation précise de la vitesse, en ajustant la commande fournie au ventilateur en fonction d'une consigne calculée à partir des valeurs mesurées par la sonde tachymétrique. Les composants électroniques supportant mal les chaleurs excessives, les concepteurs sont confrontés au dilemme suivant : soit à privilégier l'absence de bruit au risque de trop chauffer les composants, soit à ventiler le mieux possible l'intérieur de l'appareil mais en le rendant bruyant. La présente invention permet entre autre de résoudre le dilemme, au moins dans certaines circonstances. Récemment, les constructeurs d'appareil électronique ont découvert qu'en positionnant un appareil verticalement, la présence d'ouïes de ventilation en haut et en bas de la structure permet une convection naturelle accrue à l'intérieur de l'appareil, comme le ferait un feu dans une cheminée. Cet effet de cheminée augmente considérablement le refroidissement naturel de l'appareil. La présente invention prend en compte ce phénomène de convection et en tire avantage pour minimiser le bruit qui est produit par l'appareil. Un des objets de la présente invention est un procédé de contrôle du fonctionnement d'un ventilateur équipant un appareil électronique, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination de la position verticale ou horizontale de l'appareil électronique, le ventilateur n'étant pas mis en marche lors de la mise sous tension de l'appareil lorsque celui-ci est en position verticale. De cette façon, si l'appareil détecte à la mise sous tension qu'il est en position verticale, alors cette position peut suffire à lui assurer une bonne ventilation sans qu'il y ait besoin de mettre en marche le ventilateur. Selon un premier perfectionnement, une mesure de la température interne est effectuée dans l'appareil. Quel que soit la position de l'appareil, le ventilateur est mis en marche à partir d'une température déterminée. De cette façon, il n'y a pas de risque de dommages dans l'appareil suite, par exemple, à des ouïes de ventilation bouchées. Selon un autre perfectionnement, un signal lumineux et/ou sonore est émis pour indiquer que le ventilateur est mis en marche et que l'appareil est en position verticale. De cette façon, l'utilisateur est averti d'un disfonctionnement de son appareil à cause d'une montée trop importante de la température. Un autre objet de la présente invention est un appareil doté de circuits électroniques et d'un ventilateur pour son refroidissement interne, l'appareil pouvant se mettre en position horizontale ou verticale ; caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur déterminant la position de l'appareil, et un moyen de contrôle inhibant la mise en marche du ventilateur lors de la mise sous tension de l'appareil lorsque celui-ci est en position verticale. Selon un perfectionnement, le ventilateur est disposé sur le coté en bas de l'appareil en position verticale, et insuffle l'air extérieur dans l'appareil. De cette façon, le maximum de bruit généré par le flux d'air se situe dans l'appareil et non à l'extérieur. Selon un autre perfectionnement, les circuits les plus dissipateurs de chaleur sont disposés à proximité de l'ouïe de ventilateur inférieure lorsque l'appareil est en position verticale. De cette façon, ces circuits sont mieux refroidis. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description des exemples de réalisation qui vont suivre, pris à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente une coupe d'un appareil électronique selon un exemple de réalisation de l'invention, - la figure 2 illustre un système d'asservissement selon un exemple préféré de réalisation, - la figure 3 représente un ordinogramme des principales étapes du procédé selon un exemple de réalisation de l'invention, - la figure 4 représente un appareil électronique en position verticale (figure 4.a) et en position horizontale (figure 4.b) le ventilateur fonctionnant dans ce dernier cas. La figure 1 décrit en coupe un appareil électronique, un décodeur de télévision par exemple. L'appareil comporte un circuit imprimé 1 sur lequel des circuits électroniques 2 sont disposés. Un disque dur 3 permet de mémoriser des données, notamment des oeuvres audiovisuelles de longues durées. Les circuits 2 et le disque 3 consomment beaucoup d'énergie et dégagent de la chaleur, par exemple, pour un décodeur de télévision dissipant 17 Watts, son unité centrale libère à elle-seule une chaleur d'environ 3 watts. De ce fait, certaines zones du décodeur, marquées en gris sur la figure 1, sont plus chaudes que d'autres. Une sonde de température 4 disposée au sein d'une de ces zones chaudes, de préférence à proximité du circuit produisant le plus de chaleur, fournit une tension proportionnelle à la température. Un ventilateur 5 apporte l'air frais de l'extérieur et l'envoie dans la cavité du décodeur à travers une ouverture pratiquée sur le coté gauche de l'appareil. Plusieurs ouïes de ventilation 6 découpées dans la coque du décodeur permettent la sortie de l'air chaud, par le dessous, le coté droit, et le dessus. Des flèches courbes représentées sur la figure 1 montrent le passage des flux d'air. Le nombre, la position et la taille des ouïes sont des éléments importants d'une bonne ventilation, ces paramètres étant bien connus de l'homme du métier. Un détecteur 8 de positionnement de l'appareil est disposé sur le circuit imprimé du décodeur. Quatre pieds 9 sont placés en dessous de l'appareil lorsqu'il est posé à plat, ainsi que quatre autres pieds 9 sur le coté gauche. Le ventilateur est préférentiellement plaqué contre l'ouïe du coté en bas lorsque le décodeur est en position verticale. En effet, le bruit est principalement généré au niveau des ouïes de ventilateur, où se trouve un rétrécissement au passage du flux d'air. Ce bruit se rajoutant à celui généré par le ventilateur, on mesure un son maximal à l'intérieur du décodeur et non à l'extérieur. De plus, en position verticale, le son est atténué par l'espace d'air exigüe situé sous le décodeur, alors qu'il le serait beaucoup moins si le ventilateur est disposé en haut du décodeur. On prendra soin que la hauteur des pieds 9 assure une entrée d'air suffisante et n'obstrue pas une ouïe d'aération. La figure 2 illustre un système de contrôle du ventilateur selon un exemple préféré de réalisation. La sonde de température 4, le ventilateur 5 et le détecteur 8 de positionnement sont connectés à une unité de gestion 7. L'unité de gestion peut être un microcontrôleur dédié à la commande du ventilateur. L'unité de gestion 7 peut également être une partie de l'unité centrale du décodeur. Quel que soit sa nature, l'unité de gestion 7 dispose au moins d'une entrée analogique pour la réception des signaux provenant de la sonde de température 4 et de deux entrées numériques pour recevoir les signaux numériques du détecteur 8 et de la sonde tachymétrique (ces derniers signaux appelés � Tachy � sont représentatifs de la vitesse du ventilateur. L'unité de gestion 7 dispose enfin d'une sortie de commande pour le contrôle du ventilateur 5. En fonction de la mesure effectuée par la sonde 4, les signaux Tachy et l'information fournie par le détecteur 8 de positionnement, le microcontrôleur 7 déclenche ou non la rotation du ventilateur et détermine sa vitesse de consigne pour créer un flux d'air frais suffisant afin de maintenir l'intérieur du décodeur en dessous d'une température nominale. Dans l'exemple de réalisation, le ventilateur est commandé par un signal analogique qui contrôle directement la vitesse de rotation du ventilateur. Des mesures ont démontrées une corrélation entre un nombre de décibel et une vitesse donnée, et donc une valeur de commande appliquée au ventilateur. Il importe donc de n'utiliser le ventilateur qu'à bon escient et à une vitesse la plus réduite possible. Le détecteur de positionnement 8 détermine si le décodeur est mis en position verticale ou en position horizontale. Selon un exemple simple de réalisation, le détecteur est un relais de type REED constitué d'une goute de mercure se déplaçant dans un tube en verre possédant deux électrodes. Si le tube est à plat, un contact électrique peut s'établir entre les deux électrodes. Si le tube est en position verticale, il n'y a pas de contact électrique. En variante, on peut utiliser un simple bouton poussoir à faible pression disposé sous le dessous du décodeur, le poids du décodeur posé à plat suffit pour fermer le contact électrique. Lorsque le décodeur est en position verticale, le contact est ouvert. Après avoir détaillé les éléments composant l'appareil et le système de contrôle du ventilateur, nous montrons maintenant comment ceux-ci coopèrent. Les principales étapes, objet du procédé, sont décrites par l'ordinogramme de la figure 3. A l'étape 3.1, le décodeur est mis en marche. Puis, l'unité de gestion 7 analyse le signal provenant du détecteur de positionnement 8 afin de déterminer si le décodeur est en position verticale ou horizontale (étape 3.2). Si l'appareil est en position horizontale, l'unité de gestion met en marche le ventilateur à une vitesse minimale considérant que de toute façon, il est nécessaire au bon fonctionnement (étape 3.3). Si l'appareil est détecté en position verticale, il n'est sans doute pas nécessaire de mettre en marche le ventilateur, car l'effet cheminée garantit un flux d'air minimum entre les ouïes inférieures et les ouïes supérieures. A l'étape 3.4, l'unité de gestion analyse la température fournie par la sonde de température 4. A l'étape 3.5, la température mesurée est comparée à une valeur de seuil de température maximale. Cette température dépend des caractéristiques des composants les plus dissipateurs de chaleur, qui sont généralement les unités centrales. Si la température mesurée est inférieure à la valeur de seuil, le programme de gestion boucle à l'étape 3.4, sans modifier la commande du ventilateur. Par contre, si la température mesurée est supérieure au seuil, l'unité de gestion calcule une valeur de commande du ventilateur qui est au moins fonction de la température mesurée (étape 3.6). A l'étape 3.7, la valeur de commande calculée est appliquée au ventilateur, assurant ainsi un refroidissement efficace des composants. Le fait de mesurer la température même si le décodeur est en position verticale offre une garantie supplémentaire de bon fonctionnement. En effet, si les grilles disposées au niveau des ouïes de ventilateur sont bouchées par un objet ou par de la poussière, il devient nécessaire de mettre en marche le ventilateur même si le décodeur est en position verticale. La figure 4.a montre le décodeur en position verticale et la figure 4.b en position horizontale. En position verticale, les flux d'air représentés par des flèches en pointillé montrent que l'air entre par les ouïes basses et les ouïes intermédiaires, et ressort majoritairement par l'ouïe supérieure, le débit est suffisant sans que le ventilateur fonctionne. En position horizontale, (figure 4.b), il n'y a plus d'effet � cheminée �, le ventilateur 5 envoie l'air frais de l'extérieur dans la cavité du décodeur. Les entrées d'air frais par les différentes ouïes 6 refroidissent l'intérieur du décodeur. Des tests ont été effectués sur un décodeur de télévision numérique de forme parallélépipédique de dimensions 29.5 centimètres de long, 18 centimètres de large et 5 centimètres d'épaisseur, contenant un circuit imprimé dont les circuits électronique dissipent 17 Watts. Les dimensions du ventilateur sont 4 centimètres de long, 4 centimètres de large et 2 centimètres d'épaisseur. Les mesures effectuées sur le circuit imprimé par la sonde et sur l'unité centrale du décodeur sont les suivantes : Conditions de mesure T° mesurée T° mesurée intérieure de l'U.C. Décodeur horizontal, ventilateur éteint 58°C 105°C Décodeur horizontal, ventilateur à 2000 tr/min 53°C 98°C Décodeur horizontal, ventilateur à 4000 tr/min 42°C 90°C Décodeur vertical, ventilateur éteint 54°C 91 °C Les mesures effectuées montrent que la température d'un décodeur posé verticalement est très proche d'un décodeur posé horizontalement avec un ventilateur tournant à bas régime. Les constructeurs garantissent généralement le bon fonctionnement d'un circuit en dessous de 100 °C mesuré sur le circuit. Dans le cas présent, cette température n'est pas atteinte lorsque le décodeur est en position verticale, ventilateur éteint. Si la sonde mesure une température supérieure à 54°C, alors quel que soit la position, le ventilateur est mis en marche. Selon un perfectionnement, un indicateur lumineux, une diode LED par exemple placée en face avant du décodeur, est contrôlée par l'unité de gestion 7. L'indicateur lumineux allumé signale un défaut de température. Ce défaut intervient lorsque l'appareil détecte que le décodeur est en position verticale et que la température mesurée à l'intérieur du décodeur dépasse le seuil de température maximale. Grace à cette indication, l'utilisateur est averti que les ouïes de ventilation 6 ne sont plus opérationnelles. Ainsi averti, l'utilisateur peut vérifier que les ouïes ne sont pas obturées par un objet, ou simplement par de la poussière accumulée. L'indication d'un tel défaut peut aussi s'effectuer par un message visuel sur un écran relié au décodeur, et/ou par un message vocal synthétisé par le décodeur. Selon un autre perfectionnement, les composants qui dissipent le plus de chaleur sont disposés en bas du circuit imprimé lorsque le décodeur est en position verticale. En effet, cette partie du décodeur est la plus proche de l'entrée d'air frais qui bénéficie de l'effet � cheminée � au maximum, ce qui permet un meilleur refroidissement des circuits. Dans l'exemple où la longueur du décodeur est de 29.5 centimètres, il faut placer les circuits à 6 centimètres au maximum de l'ouïe basse, c'est-à-dire à moins d'un sixième de la longueur du coté. Des personnes versées dans l'art pourront adapter la présente invention sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration Revendications1. Procédé de contrôle du fonctionnement d'un ventilateur (5) équipant un appareil électronique, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination (3.2) de la position verticale ou horizontale de l'appareil électronique, le ventilateur n'étant pas mis en marche lors de la mise sous tension de l'appareil lorsque celui-ci est en position verticale. 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1 ; caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mesure de la température interne (3.4, 3.5) de l'appareil, quelque soit la position de l'appareil, le ventilateur étant mis en marche à partir d'une température déterminée. 3. Procédé de contrôle selon la revendication 2 ; caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'émission d'un signal lumineux et/ou sonore indiquant que le ventilateur est mis en marche et que l'appareil est en position verticale. 4. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes ; caractérisé en ce que l'étape de détermination consiste à mesurer l'état d'un interrupteur qui change lorsqu'une partie du poids de l'appareil s'exerce sur ledit interrupteur. 5. Appareil doté de circuits électroniques et d'un ventilateur (5) pour son refroidissement interne, l'appareil pouvant se mettre en position horizontale ou verticale ; caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur (8) déterminant la position de l'appareil, et un moyen de contrôle inhibant la mise en marche du ventilateur lors de la mise sous tension de l'appareil lorsque celui-ci est en position verticale. 6. Appareil selon la revendication 5 ; caractérisé en ce que le ventilateur est disposé sur le coté en bas de l'appareil en position verticale, et insuffle l'air extérieur dans l'appareil. 7. Appareil selon la revendication 5 ou 6 ; caractérisé en ce que les 5 circuits les plus dissipateurs de chaleur sont disposés à proximité de l'ouïe de ventilateur inférieure lorsque l'appareil est en position verticale. 10