Brevet FR2932032A1 — publié le 20091204

Circuit électrique La présente invention concerne un circuit électrique ayant une source d'énergie, qui alimente un convertisseur de tension continue pour transformer une tension d'entrée 5 en une tension de sortie, la tension de sortie alimentant une charge. Un circuit électrique ayant un convertisseur de tension continue du type mentionné ci-dessus est connu 10 par exemple par le fascicule imprimé DE 196 46 861 Cl. Le circuit sert à alimenter en tension une lampe à décharge dans un gaz qui comprend un convertisseur de tension continue, qui transforme une tension d'entrée, rapportée à un potentiel de référence, en deux potentiels de sortie 15 différents du potentiel de référence et ayant des valeurs absolues différentes. Par une commande alternée de la lampe à décharge dans un gaz par les différents potentiels de sortie, on peut diminuer des interactions des ions gazeux avec le corps de la lampe. 20 On connaît, en outre, dans l'état de la technique des circuits électriques DEL (Light Emitting Diodes) ; (diodes électroluminescentes). Notamment dans des dispositifs d'éclairage à DEL de véhicule automobile, 25 plusieurs chaînes de diodes électroluminescentes montées en série exigent une tension du réseau de bord, qui est supérieure ou égale à la somme des tensions individuelles (ce que l'on appelle une tension somme) des DEL. Si la tension somme des DEL dépasse la tension du réseau de 30 bord, il faut augmenter la tension du réseau de bord pour les DEL. Pour augmenter la tension, on trouve, dans l'état de la technique, par exemple, un convertisseur de tension continue, constitué en survolteur. Un circuit ayant un survolteur a toutefois l'inconvénient que la plage de tension est limitée à des tensions au-dessus de la tension du réseau de bord. En outre, il n'y a pas de résistance au court-circuit des lignes d'alimentation des DEL. La présente invention vise donc un circuit électrique ayant un convertisseur de tension continue, qui a une structure aussi simple que possible et qui convient pour le fonctionnement de chaînes de DEL, dont la tension somme peut être aussi plus basse que la tension du réseau de bord et qui a une résistance au court-circuit des lignes d'alimentation de DEL. On y parvient, en partant du circuit électrique du type mentionné ci-dessus, par le fait que le circuit a un élément de commutation, qui est monté entre une sortie du convertisseur de tension continue et la charge, et une branche de réaction, qui est montée entre une borne côté charge de l'élément de commutation et un deuxième pôle de la source d'énergie, avec un composant monté dans la branche de réaction, pour empêcher un court-circuit entre la borne côté charge de l'élément de commutation et le deuxième pôle de la source d'énergie. On propose donc, suivant l'invention, de commuter un potentiel de référence de la charge entre un premier potentiel d'entrée du convertisseur de tension continue et un deuxième potentiel d'entrée du convertisseur de tension continue. Le premier potentiel d'entrée s'applique de préférence au pôle moins de la source d'énergie (ou à la masse) et le deuxième potentiel d'entrée au pôle plus de la source d'énergie. Pour la commutation du potentiel de référence de la charge, on utilise l'élément de commutation, qui commute le potentiel de référence entre le pôle moins et le pôle plus de la source d'énergie. Suivant la position du commutateur, la tension chutant aux bornes du convertisseur de tension continue du côté sortie se modifie de sorte que ce convertisseur peut être utilisé tant comme survolteur que comme souvolteur. Suivant un mode de réalisation avantageux, il est proposé d'utiliser comme source d'énergie une source de tension continue, notamment une batterie d'un véhicule automobile. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, il est proposé que la charge comprenne au moins une diode électroluminescente (DEL), notamment d'un dispositif d'éclairage d'un véhicule automobile. On peut monter aussi plusieurs DEL en série en une chaîne de DEL si la tension de sortie produite par le survolteur est plus grande que la tension somme des DEL. Avantageusement, l'élément constitutif comprend dans la branche de réaction une diode qui est montée par sa cathode sur le deuxième pôle (par exemple pôle plus) de la source d'énergie et par son anode sur la borne côté charge de l'élément de commutation. La diode empêche un court-circuit lorsque l'élément de commutation est fermé. Dans un mode de réalisation préféré, entre une première sortie du convertisseur de tension et la charge est monté un autre élément de commutation pour la réalisation d'une modulation en largeur d'impulsion du signal d'alimentation en énergie de la charge. A l'aide de l'autre élément de commutation, on peut faire fonctionner l'arrivée du courant à la charge d'une manière pulsée. La modulation de la largeur d'impulsion permet un fonctionnement des DEL à la tension nominale prévue et en même temps une moindre absorption moyenne de puissance. Suivant un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, on propose que le circuit ait des moyens de mesure du courant passant dans la charge, qui sont montés en série avec la charge entre la première sortie du convertisseur de tension et le potentiel de référence. Comme moyen pour la mesure du courant, on peut utiliser par exemple une résistance de mesure du courant. De préférence, le circuit à un régulateur de courant pour réguler le courant passant dans la charge à une valeur pouvant être prescrite. Le régulateur de courant règle par exemple un commutateur pour la modulation en largeur d'impulsion afin de réaliser ainsi une arrivée pulsée du courant à la charge. Un exemple de réalisation préférée de la présente invention sera explicitée dans ce qui suit d'une manière plus précise au moyen des figures dans lesquelles : La figure 1 représente un circuit électrique selon 30 l'invention selon un mode de réalisation préféré ; La figure 2 représente un circuit électrique connu dans l'état de la technique ; et La figure 3 représente un phare de véhicule 5 automobile ayant un circuit suivant l'invention en vue de côté. Un circuit connu dans l'état de la technique est désigné dans son ensemble par le repère 1 à la figure 2. 10 Le circuit de tension préférence positif et raccordé à 1 a une source 3 d'énergie, un convertisseur 4 et une charge 5. La source 3 d'énergie est de une source de tension continue ayant un pôle 6 un pôle 8 négatif. Le pôle 6 positif est une première entrée 7 du convertisseur 4 de 15 tension, tandis que le pôle 8 négatif est relié à une deuxième entrée 9 du convertisseur 4 de tension. Des potentiels de sortie différents sont présents aux sorties 11 et 13 du convertisseur 4 de tension. Le potentiel présent à la première sortie 11 est plus haut que le 20 potentiel présent à la deuxième sortie 13. La charge 5 se trouve entre les deux sorties 11, 13 du convertisseur 4 de tension. La charge comprend de préférence plusieurs DEL 15a et 15n montées en série. Du côté entrée, la tension U:,3 de la batterie fournie par la source 3 de 25 tension chute aux bornes du convertisseur 4 de tension et la tension U s'établit entre les sorties 11, 13 du convertisseur 4 de tension. Le convertisseur 4 de tension comprend un élément 17 30 de bobine, un élément 19 de commutation, une diode 21 et un condensateur 23, l'élément 17 de bobine, la diode 21 et le condensateur 23 étant montés en série. Comme élément 19 de commutation, on utilise par exemple un commutateur à semiconducteurs, notamment un transistor bipolaire ou un commutateur à effet de champs. L'élément 17 de bobine est relié à l'entrée 7 positif du convertisseur 4 de tension et est en contact avec la diode 21 La cathode de la diode 21 est reliée à la première sortie 11 du convertisseur 4 de tension et au condensateur 23. L'autre borne du condensateur 23 est reliée à la deuxième entrée 9 et à la deuxième sortie 13 du convertisseur 4 de tension. L'élément 19 de commutation est monté en parallèle avec la diode 21 et avec le condensateur 23. Dans le cadre de la conversion de tension, l'élément 17 de bobine est monté d'abord contre la masse par l'élément 19 de commutation. Le convertisseur 4 de tension transforme, lorsque l'élément 19 de commutation est fermé, de l'énergie électrique, qui lui est amenée par la source 3 d'énergie au moyen de l'élément 17 de bobine, en énergie magnétique, qui est emmagasinée dans le champ magnétique de l'élément 17 de bobine. Si l'élément 19 de commutation est alors ouvert, l'élément 17 de bobine s'efforce de maintenir le flux de courant. La tension a l'extrémité secondaire de l'élément 17 de bobine s'élève très rapidement jusqu'à une valeur qui est plus haute que la tension s'appliquant à l'extrémité primaire de l'élément 17 de bobine. Si la tension dépasse la tension s'appliquant aux condensateurs 23, la diode 21 s'ouvre. Le courant passe par la diode 21 et charge le condensateur 23. L'élément 17 de bobine cède alors son énergie emmagasinée dans le champ magnétique. En raison de l'effet de l'inductance 17, le flux de courant et ainsi une opération de charge de la capacité 23 restent maintenus au-delà de l'instant où l'énergie emmagasinée à l'origine dans l'inductance 17 a été cédée complètement à la capacité 23. Cela provoque une charge de la capacité 23 jusqu'à une tension Uc qui est plus haute que la tension U0 d'entrée. L'élément 19 de commutation fonctionne en cadence de sorte que ce processus se répète périodiquement. Le condensateur 23 peut servir de condensateur de lissage qui doit disposer d'une capacité suffisante pour lisser suffisamment la tension de sortie, c'est-à-dire pour assurer une tension U, de sortie sensiblement constante. Le convertisseur 4 de tension représenté à la figure 2 est désigné aussi comme étant un survolteur. Un fonctionnement du survolteur 4 avec des charges 5 qui doivent fonctionner à une tension de fonctionnement dans l'ensemble plus basse que la tension U_ de sortie produite par le convertisseur 4 (par exemple une tension nominale plus basse des DEL) exige l'utilisation de composants supplémentaires, notamment de résistances. Mais cela constitue toutefois un inconvénient tant pour des raisons de coût que du rendement qui devient moins bon. Un autre inconvénient du circuit 1 connu réside dans le fait que le convertisseur 4 de tension n'est pas à l'abri d'un court-circuit, parce qu'un composant pouvant être mis hors circuit n'est pas intégré dans trajet de court-circuit. On peut y remédier par le circuit électrique suivant l'invention, représenté à la figure 1 et désigné dans son ensemble par le repère 2. Celui-ci comprend notamment la source 3 d'énergie, le convertisseur 4 de tension et l'élément 29 de commutation, ainsi qu'une branche 10 de réaction ayant une diode 31. La deuxième sortie 13 du convertisseur 4 de tension est reliée à l'élément 29 de commutation. La branche 10 de réaction et la charge 15 sont reliées à l'autre borne de l'élément 29 de commutation. La branche 10 de réaction a la diode 31 dont la cathode est reliée au pôle 6 positif de la source d'énergie. La charge comprend les diodes 15a, 15n électroluminescentes, la diode 15n électroluminescente étant reliée du côté cathode à l'élément 29 de commutation et la diode 15a électroluminescente étant reliée du côté anode à un élément 27 de commutation. L'élément 27 de commutation est en contact, en outre, avec une résistance 25 de mesure du courant, qui sert à détecter le courant passant dans la charge 5. la résistance 25 de mesure du courant est reliée à la première sortie 11 du convertisseur 4 de tension. Le survolteur 4 met à disposition sur sa première sortie 11 une tension U, qui est maintenue sensiblement constante par le condensateur 23 qui dispose d'une capacité adéquate. Lorsque l'élément 27 de commutation est fermé, il s'applique à la charge 5, en négligeant la résistance 25 de mesure du courant, la tension U, de sortie du convertisseur 4 de tension. La charge 5, notamment les diodes 15a à 15n électroluminescentes, fonctionne d'une manière commandée en courant. L'élément 27 de commutation peut être commandé par un circuit de régulation du courant et peut fonctionner en cadence pour la modulation en largeur d'impulsion du signal de commande des DEL 15a, 15n. L'élément 27 de commutation commande l'entrée du courant nominal pour les diodes 15a à 15n électroluminescentes d'un phare de véhicule automobile dans un rapport de cycle déterminé, qui est prescrit par la modulation en largeur d'impulsion. C'est ainsi, par exemple, qu'il est possible de faire fonctionner un seul et même appareil d'éclairage avec une puissance plus petite en feu de position et avec une puissance plus grande en feu d'éclairage de jour et de maintenir dans une grande mesure constante la tension de fonctionnement nominale des DEL 15a à 15n. La résistance 25 de mesure du courant détecte le courant cédé à la charge par le convertisseur 4 de tension. Le courant cédé par le convertisseur 4 de tension est régulé par un régulateur de courant, qui n'est pas représenté, sur la base de la valeur qui est mesurée par la résistance 25 de mesure du courant. Le régulateur de courant commande, d'une part, l'élément 19 de commutation du convertisseur 4 de tension, pour établir par la durée de charge de la capacité 23, un courant souhaité et, d'autre part, le commutateur 27 PWM, pour faire varier les DEL 15a, 15n en cas de besoin. L'élément 29 de commutation a pour tâche d'établir le potentiel de référence de la charge 5. Il peut commuter le potentiel de référence entre le pôle 8 moins de la source 3 d'énergie et le pôle 6 plus. Le potentiel de référence établit dépend du niveau de la tension U-= somme chutant aux bornes des DEL 15a, 15n. Si la tension U_ somme aux bornes des DEL 15a, 15n est supérieure à la tension U4â_ de la batterie, qui est mise à disposition par la source 3 d'énergie, l'élément 29 de commutation est fermé, ce qui met les DEL 15a, 15n à la masse. Il y a donc ainsi, sur le convertisseur 4 de tension, la tension U, de sortie que l'on peut produire au maximum. Dans ce cas, la diode 31 est montée, pour empêcher un court-circuit, dans le sens du blocage. Si la tension U-_, somme des DEL 15a, 15n est en revanche plus basse que la différence entre la tension U, de sortie produite par le survolteur 4 et la tension Uba, de la batterie de la source 3 d'énergie, l'élément de commutation est ouvert. La charge 5 est ainsi mise sur le pôle 6 plus de la source 3 d'énergie en tant que potentiel de référence. Une tension plus basse qu'une tension U3a, de la batterie chute ainsi du côté charge. Par le circuit 2 suivant l'invention, on peut donc commuter, d'une façon simple et sans grande perte de rendement, la tension d'alimentation de la charge 5 en cas de besoin d'une valeur plus haute à une valeur plus basse. Tandis que le survolteur connu de la figure 2 ne résiste pas à un court-circuit, parce qu'un composant pouvant être mis hors circuit n'est pas monté dans le trajet de court-circuit, le défaut de résistance au court-circuit est éliminé dans la topologie représentée à la figure 1 du circuit suivant l'invention. Tant l'élément 27 de commutation, qu'est également l'élément 29 de commutation sont des composants pouvant être mis hors circuit et montés dans le trajet de court-circuit, composants par lesquels on peut réaliser une résistance au court-circuit. Cela est particulièrement important, notamment compte tenu du courant relativement intense que met à disposition une batterie d'automobile. La figure 3 représente un phare 50 de véhicule automobile en vue de côté. Le phare 50 comprend plusieurs DELL 54, 56, 58 pour émettre du rayonnement dans un domaine visible de longueur d'ondes (lumière) et/ou dans un domaine invisible de longueur d'ondes (rayonnement UV, rayonnement IR). Afin de refroidir les DEL 54 à 58 pendant le fonctionnement, elles sont disposées sur un dissipateur 60 de chaleur. Aux DEL 54, 58 sont associés divers moyens pour focaliser les faisceaux lumineux. La DEL 54 supérieure et la DEL 58 inférieure font partie d'un système de réflexion. C'est pourquoi, les moyens de focalisation sont constitués en réflecteurs 52 sous la forme d'hémicoquilles du côté supérieur et du côté inférieur du dissipateur 60 de chaleur. Les réflecteurs 52 ont de préférence la forme d'un paraboloïde de révolution ou une forme quelconque s'en écartant. Les DEL 56 sur le côté frontal avant du dissipateur 60 de chaleur font partie d'un système de projection. C'est pourquoi les moyens de focalisation sont constitués sous la forme d'une ou plusieurs bonnettes 62 qui focalisent par réflexion totale la lumière émise par les DEL 56 ou le rayonnement émis par celle-ci. Dans le trajet du faisceau est monté, en outre, au moins un élément 68 de diaphragme, ayant un bord supérieur qui offusque une partie du faisceau lumineux. La lumière passant devant le diaphragme 68 est projetée en avant du véhicule par une lentille 64 de projection pour produire une répartition souhaitée de la lumière sur une chaussée. Le bord supérieur du diaphragme 68 reproduit, en tant que limite clair-obscur, la répartition de lumière sur la chaussée. Les DEL 54 à 58 fonctionnent à une tension U___ que produit un convertisseur 66 de tension, alimenté par une tension U;a_ de la batterie. Dans le convertisseur 66 de tension est monté un circuit qui a le convertisseur 4 de tension du circuit 2 suivant l'invention de la figure 1 la branche de réaction ayant la diode 31 et l'élément 29 de commutation, qui y sont montés. Bien entendu, le circuit contenu dans le convertisseur 66 de tension peut avoir aussi encore d'autres composants du circuit 2 de la figure 1. L'invention permet ainsi l'utilisation d'un convertisseur 4 de tension, constitué en survolteur, pour faire fonctionner, d'une manière efficace du point de vue de l'énergie, une charge 5 côté sortie, notamment les DEL 54 à 58 d'un phare de véhicule automobile à des tensions différentes, par commutation d'un potentiel de référence entre des valeurs différentes. 25 REVENDICATIONS1. Circuit (2) électrique comprenant une source (3) d'énergie, qui alimente un convertisseur (4) de tension continue pour transformer une tension d'entrée en une tension de sortie, la tension de sortie alimentant une charge (5), caractérisé en ce que le circuit (2) a un élément (29) de commutation, qui est monté entre une sortie (13) du convertisseur de tension continue et la charge (5), et une branche de réaction, qui est montée entre une borne côté charge de l'élément (29) de commutation et un deuxième pôle de la source (3) d'énergie, avec un composant (31) monté dans la branche de réaction, pour empêcher un court-circuit entre la borne côté charge de l'élément (29) de commutation et le deuxième pôle de la source (3) d'énergie. 2. Circuit (2) selon la revendication 1, caractérisé 20 en ce qu'il est utilisé comme source (3) d'énergie une source de tension continue, notamment une batterie d'un véhicule automobile. 3. Circuit (2) selon la revendication 2, caractérisé 25 en ce que le premier pôle est un pôle moins de la source (3) d'énergie et le deuxième pôle est un pôle plus de la source (3) d'énergie. 4. Circuit (2) selon l'une des revendications 1 à 3, 30 caractérisé en ce que la charge (5) comprend au moins une diode (15a) électroluminescente, notamment d'un dispositif d'éclairage d'un véhicule automobile. 5. Circuit (2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant (31), dans la branche de réaction, comporte une diode qui est montée par sa cathode sur le deuxième pôle de la source (3) d'énergie et par son anode sur la borne côté charge de l'élément (29) de commutation. 6. Circuit (2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'entre une première sortie (11) du convertisseur (4) de tension et la charge (5) est monté un autre élément (27) de commutation pour la réalisation d'une modulation en largeur d'impulsion du signal d'alimentation en énergie de la charge (5). 7. Circuit (2) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit (2) a des moyens (25) de mesure du courant passant dans la charge (5), qui sont montés en série avec la charge (5) entre la première sortie (11) du convertisseur (4) de tension et le potentiel de référence. 8. Circuit (2) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit (2) à un régulateur de courant, pour réguler le courant passant dans la charge (5) à une valeur pouvant être prescrite.