Brevet FR2924569A1 — publié le 20090605

La présente invention concerne un procédé de contrôle de la vitesse d'un ventilateur à l'aide de la mesure du son ambiant. La présente invention concerne aussi un appareil doté d'un microphone et d'un ventilateur. Les appareils électroniques consomment une importante énergie en fonctionnement normal. Cette énergie se transforme en chaleur qui se concentre dans les appareils habituellement fermés. 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 à proximité des ouïes pour accélérer les échanges avec l'extérieur et permettre le refroidissement des composants internes. Mais l'utilisation à pleine vitesse d'un ventilateur est bruyante. Si l'appareil est un décodeur de télévision par exemple, il peut 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. 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. Typiquement, le ventilateur est mis en marche au ralenti lors de la mise sous tension de l'appareil, et dès que la température dépasse 50°C à l'intérieur de l'appareil, la vitesse du ventilateur est augmentée. Habituellement, on utilise plusieurs seuils de température, le système d'asservissement calcule la valeur de commande en fonction de ces seuils. 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. Un des objets de la présente invention est un procédé de contrôle de la vitesse d'un ventilateur équipant un appareil électronique, comportant une étape de calcul d'une valeur de commande qui est appliquée au ventilateur, ladite valeur de commande étant fonction de la température mesurée dans l'appareil; le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mesure du niveau sonore ambiant, et une étape d'augmentation de la valeur de commande appliquée au ventilateur lorsque le niveau sonore ambiant dépasse une valeur déterminée. De cette façon, lorsque le son ambiant couvre le bruit du ventilateur, ce dernier peut tourner à une vitesse importante de façon à bien ventiler l'intérieur de l'appareil et ainsi, ménager les composants électroniques. Selon un perfectionnement, l'augmentation consiste à appliquer au ventilateur une valeur de commande qui est fonction du niveau sonore ambiant mesuré. De cette façon, le son généré par le ventilateur est juste couvert par le son ambiant. Selon une variante, l'augmentation consiste à appliquer au ventilateur une valeur fixe lorsque le niveau sonore ambiant dépasse une valeur déterminée. De cette façon, dès que le seuil acoustique est dépassé, le ventilateur fonctionne à grande vitesse ce qui permet un refroidissement optimal. Selon un perfectionnement, l'appareil comporte un dispositif de génération de signaux sonore dont le volume est réglable. Lorsqu'un utilisateur introduit une commande de diminution du niveau sonore alors, la valeur de commande appliquée au ventilateur est celle calculée en fonction de la température, c'est à dire sans augmentation. De cette façon, il est possible d'anticiper une baisse du volume sonore lorsque l'appareil est à l'origine du bruit ambiant. Selon un perfectionnement le procédé comporte une étape de temporisation déclenché lors de l'introduction de la commande, la fin de la temporisation déclenchant l'exécution de la commande de diminution du niveau sonore. De cette façon, il est possible de couvrir la diminution de la vitesse du ventilateur. La présente invention a également pour objet un appareil doté d'au moins un ventilateur pour son refroidissement, d'un moyen de mesure de la température dans l'appareil, et d'un moyen de calcul d'une valeur de commande de la vitesse appliqué au ventilateur, ladite valeur de commande étant fonction de la température mesurée dans l'appareil, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mesure du niveau sonore ambiant, le moyen de calcul augmentant la valeur de commande du ventilateur lorsque le niveau sonore dépasse un seuil déterminé. Selon un perfectionnement, le moyen de mesure du niveau sonore ambiant est placé sur la télécommande. La télécommande émet vers l'appareil un signal représentatif de l'amplitude du niveau sonore ambiant. 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 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, l'unité centrale du décodeur libère une énergie d'environ 6 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 consommant le plus d'énergie, fournit une tension proportionnelle à la température. Un ventilateur 5 extrait l'air chaud de la cavité du décodeur. Deux ouïes de ventilation 6 découpées dans la coque du décodeur permettent deux entrées d'air frais. Des flèches courbes 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 microphone 8 est disposé en face avant de façon qu'il capte les bruits de l'environnement du décodeur. La figure 2 illustre un système d'asservissement selon un exemple préféré de réalisation. Cette figure est applicable à tout système de régulation qui, recevant une valeur de mesure et en fonction d'une valeur de consigne, détermine une valeur de commande. La sonde de température 4, le ventilateur 5 et le microphone 8 sont connectés à une unité de gestion 7. L'unité de gestion peut être un microcontrôleur dédié à la régulation de température. L'unité de gestion 7 peut également être une partie de l'unité centrale. Quel que soit sa nature, l'unité de gestion dispose au moins de deux entrées analogiques pour la réception des signaux provenant de la sonde de température 4 et du microphone 8, d'une entrée numérique pour la réception des signaux représentatifs de la vitesse du ventilateur (ces signaux sont généralement appelés � Tachy �) et d'une sortie de commande pour le contrôle du ventilateur 5. En fonction de la mesure exercée sur la sonde 4, les signaux Tachy et le volume sonore capté par le microphone 8, le microcontrôleur 7 détermine la vitesse du ventilateur pour créer un flux d'air frais suffisant pour 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. Avantageusement, l'unité de gestion 7 fournit un signal PWM (acronyme de � Pulse Width Modulator �). C'est un signal numérique périodique qui, converti en un signal analogique en utilisant un filtre passe bas, permet de contrôler un moteur. La variation du rapport cyclique permet de faire varier l'amplitude du signal analogique de commande du moteur. Dans l'exemple de réalisation, le rapport cyclique du PWM est codé sur 8 bits et la tension continue analogique appliquée au ventilateur varie typiquement de 0 à 5 Volts. Le signal Tachy est impulsionnel, le nombre d'impulsions par unité de temps détermine la vitesse réelle du ventilateur. Le signal audio provenant du microphone est analogique, il est filtré par un filtre passe bas. Des mesures ont démontrées une corrélation entre un nombre de décibel et une vitesse donnée, et donc une valeur de commande Vfan appliquée au ventilateur. Pour certaines vitesses, le bruit semble bien maîtrisé, si on s'écarte brusquement de cette vitesse, le bruit devient audible. Une régulation contrôlant directement le moteur en fonction de la température pourrait assurer une température constante, mais les variations importantes de vitesse seraient acoustiquement perceptibles, et dans certain cas, la commande devrait être maximale ce qui déclencherait un fonctionnement continu bruyant. De ce fait, la commande du ventilateur s'effectue par le système d'asservissement de type PID. En fonction de la température mesurée dans l'appareil, une valeur de commande Vcom de vitesse de rotation est déterminée par un système d'asservissement. Avec le temps, les performances du ventilateur évoluent. De ce fait, le système de régulation mesure la vitesse du ventilateur à l'aide la sonde tachymétrique pour déterminer l'écart par rapport à la vitesse de consigne, cette différence est appelée erreur à compenser. Le système d'asservissement contrôle la tension appliquée au moteur pour que la vitesse du ventilateur soit la plus proche de la vitesse de consigne. Les variations de vitesse doivent être minimisées pour que les utilisateurs ne les entendent pas. Néanmoins, il est nécessaire d'assurer une bonne ventilation de l'appareil de façon que les composants électroniques 2 ne chauffent pas trop. La présente invention permet d'assurer une ventilation optimum au moins à certains moments du fonctionnement de l'appareil. Après avoir détaillé les éléments composant l'appareil et le système d'asservissement, nous montrons maintenant comment ceux-ci coopèrent. La figure 3 montre un ordinogramme des différentes étapes selon un exemple préféré de réalisation. A l'étape 3.1, l'appareil est mis en marche. Le système d'asservissement 7 illustré par la figure 2 est mis sous tension. Le système mesure la température à l'aide de la sonde 4 (étape 3.2) et calcule la valeur du paramètre Vcom de commande du ventilateur en fonction de la valeur de température mesurée (étape 3.3). La valeur maximale de Vcom est calculée de façon que le bruit généré par le ventilateur ne dépasse pas un niveau sonore supérieur à celui autorisé en toutes circonstances : 25 décibels. Donc, la vitesse calculée en ne prenant en compte que la température est limitée à une certaine valeur. A l'étape 3.4, la valeur Vcom est celle qui la valeur Vfan qui sera appliquée au ventilateur. Puis, le système mesure le niveau sonore ambiant capté par le microphone 8 (étape 3.5). Rappelons quelques valeurs de mesure acoustique. La puissance acoustique mesurée dans un environnement calme est d'environ 25 à 30 dBA. Dès que des personnes parlent dans une pièce, ou qu'un haut-parleur est mis en marche, le niveau monte au dessus de 45 dBA, et peut atteindre 60 dBA (et même plus avec de jeunes personnes !). Généralement, un ventilateur possède une dynamique allant de 20 dBA à 45 dBA. Dans notre exemple d'implémentation, le ventilateur génère un puissance acoustique de 39 dBA à vitesse maximale. A l'étape 3.5, la valeur mesurée est comparée avec une valeur seuil : Pseuil. Si la mesure s'effectue en décibel et sachant que l'appareil ne doit pas produire un son supérieur à 25 décibels, si le niveau sonore de la pièce où se trouve l'appareil est supérieur à Pseuil alors le ventilateur peut fonctionner au-delà de la vitesse maximale autorisé, car le son du ventilateur est couvert par le son ambiant. De ce fait, la vitesse du ventilateur peut être augmentée au-delà de la consigne calculée en fonction de la température, l'augmentation s'effectuant dans la limite que le bruit total audible reste celui du niveau sonore ambiant. Rappelons que le volume sonore résultant de l'addition de plusieurs bruits se calcule par la somme quadratique des volumes sonores de chaque bruit. Prenons les exemples suivants : Niveau sonore ambiant : 31 dBA 35 dBA 45 dBA 45 dBA Niveau sonore du ventilateur 25 dBA 25 dBA 35 dBA 39 dBA Niveau du bruit total 32 dBA 35,3 dBA 45,04 dBA 46 dBA Pour 6 dBA de différence entre le son ambiant et le bruit généré par le ventilateur, le bruit total augmente de 1 dBA. Si la différence est de 10 dBA, le son total n'augmente que de 0.3 dBA. L'expérience montre qu'une augmentation de 1 dBA n'est pas audible et que l'on peut tolérer 6 dBA de différence entre le son généré par le ventilateur et le son ambiant. De ce fait, plus le niveau sonore ambiant est important et plus la vitesse du ventilateur peut être augmentée avec comme règle une différence minimale de 6 B. Selon un mode simple de réalisation, si la puissance acoustique mesurée est supérieure à Pseuil = 25 dBA + 6dBA = 31 dBA, alors le système d'asservissement augmente la valeur de commande du ventilateur Vfan (étape 3.7), l'augmentation consiste à rajouter une valeur AV à Vcom précédemment calculée. La valeur AV est calculée en fonction de la puissance acoustique mesurée, de façon que la règle des 6 dBA s'applique dans tous les cas. La valeur de commande appliquée au ventilateur est la valeur pour laquelle le ventilateur émet un son de 6 dBA inférieur à celui du son ambiant mesurée, à condition que cette valeur soit supérieure à Vcom calculée en fonction de la température mesurée. Selon une variante de réalisation, le système d'asservissement teste si la puissance acoustique mesurée est supérieure à 45 dBA (Pseuil = 45 dBA), dans ce cas l'augmentation consiste à appliquer la valeur haute Vhigh sans tenir compte de la valeur Vcom précédemment calculée par le système d'asservissement. En lui appliquant la valeur haute Vhigh, le ventilateur génère un niveau sonore de 39 décibels qui est de toute façon couvert par le bruit ambiant. Selon un mode simple de réalisation, le système d'asservissement peut d'ores et déjà appliquer la valeur Vfan au ventilateur. Dans le cas où l'appareil est doté d'un moyen de production de son, par exemple : un décodeur, un amplificateur audio, un home cinéma, . il est probable que le son ambiant mesuré est bien celui produit par l'appareil. Selon un perfectionnement, à l'étape 3.8, le système teste si une commande de baisse du son est appliquée à l'appareil. Si l'utilisateur décide de baisser le son, voire de le couper, le ventilateur peut devenir audible un court moment. La commande est soit la baisse du volume sonore, soit une coupure totale du son (touche appelée � MUTE �). Du fait de l'inertie du ventilateur, l'utilisateur peut entendre la diminution de la vitesse du ventilateur, juste après l'exécution de la commande de baisse du son. Selon le perfectionnement, l'introduction de la commande de baisse de son déclenche aussitôt l'application au ventilateur de la valeur de commande Vcom précédemment calculée par le système (étape 3.8). Des expérimentations ont montré que le passage de la vitesse maximale Vmax à la vitesse Vcom s'effectue au maximum en 500 millisecondes. Selon un perfectionnement, le système d'asservissement déclenche une temporisation qui démarre lors de la réception de la commande de baisse de son et de l'émission au ventilateur de la commande de réduction de vitesse. C'est à la fin de cette temporisation que la commande de baisse de son est exécutée (étape 3.10). La temporisation est typiquement de 500 millisecondes, de cette façon, le son produit par l'appareil jusqu'à l'exécution de la baisse du niveau sonore est sûr de couvrir celui du ventilateur. A l'étape 3.11, la valeur Vfan est appliquée au ventilateur et le programme reboucle à l'étape 3.2 pour, de nouveau, analyser le niveau sonore ambiant...DTD: Selon un autre perfectionnement, le microphone n'est pas installé dans l'appareil mais au niveau de la télécommande. En effet, la télécommande est présumé être placée près des utilisateurs ou être facilement accessible par eux. Il est donc préférable de saisir le niveau sonore ambiant à leurs niveaux. La télécommande est équipée d'un microphone, d'un convertisseur analogique numérique permettant de fournir une donnée représentative du niveau sonore ambiant. Si le niveau sonore ambiant est supérieur à la valeur de seuil, alors un signal est envoyé par la télécommande indiquant que le ventilateur peut fonctionner à une vitesse supérieure. Si l'appareil dédié à cette télécommande reçoit le signal alors il peut appliquer l'augmentation de vitesse. Si la communication n'est pas possible entre la télécommande et l'appareil, par exemple parce que le faisceau IR est mal orienté, l'appareil n'effectue pas l'augmentation. Selon une variante du déroulement des étapes, le système d'asservissement mesure d'abord le bruit ambiant et si celui-ci dépasse un niveau sonore tel que le bruit du ventilateur à vitesse maximale est couvert, alors il est inutile de mesurer la température et le ventilateur est commandé à sa vitesse maximale. Dans l'exemple de réalisation, le bruit généré par le ventilateur à vitesse maximale est de 35 dBA, si la mesure du bruit ambiant est de 6 dBA supérieure, c'est-à-dire 41 dBA alors le ventilateur peut être commandé à sa vitesse maximale. Selon un perfectionnement, le système d'asservissement est relié à un indicateur lumineux, une diode LED par exemple placée en face avant du décodeur, qui signale un défaut de température. Lorsque la température de 55°C est dépassée, la diode LED est rouge et le ventilateur est commandé à la vitesse maximale. Par contre, lorsque le système d'asservissement se trouve dans l'état décrit à l'étape 3.7, c'est-à-dire, lorsque le volume sonore ambiant est élevé et que le ventilateur est commandé à sa vitesse maximale, la diode LED est verte. De cette façon, l'utilisateur qui pourrait s'apercevoir que le ventilateur fonctionne à vitesse maximale, ne serait pas inquiet du fait de la présence de la couleur verte. 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 Revendications 1. Procédé de contrôle de la vitesse d'un ventilateur (5) équipant un appareil électronique, comportant une étape de calcul (3.3) d'une valeur de commande (Vcom) qui est appliquée au ventilateur, ladite valeur de commande (Vcom) étant fonction de la température mesurée dans l'appareil; le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mesure (3.5) du niveau sonore ambiant, et une étape d'augmentation (3.7) de la valeur de commande appliquée au ventilateur lorsque le niveau sonore ambiant dépasse une valeur déterminée. 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape d'augmentation (3.7) consiste à appliquer au ventilateur une valeur de commande qui est fonction du niveau sonore ambiant mesuré. 3. Procédé de contrôle selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'augmentation de la valeur de commande est calculée pour que le niveau sonore généré par le ventilateur en appliquant l'augmentation de la valeur de commande, soit inférieur de 6 décibels au niveau sonore ambiant mesuré. 4. Procédé de contrôle selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape d'augmentation (3.7) consiste à appliquer au ventilateur une valeur fixe (Vhigh) lorsque le niveau sonore ambiant dépasse une valeur déterminée. 5. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une étape d'introduction (3.8) d'une commande de diminution du niveau sonore contrôlé par l'appareil, l'introduction de la commande déclenchant le retour (3.9) à l'application de la valeur de commande calculée (Vcom) au ventilateur sans augmentation. 6. Procédé de contrôle selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de temporisation (3.10) déclenchée lors de l'introduction de la commande, la fin de la temporisation déclenchant l'exécution de la commande de diminution du niveau sonore. 7. Appareil doté d'au moins un ventilateur (5) pour son refroidissement, d'un moyen de mesure de la température (4) dans l'appareil, et d'un moyen de calcul (7) d'une valeur de commande (Vcom) de la vitesse appliqué au ventilateur, ladite valeur de commande (Vcom) étant fonction de la température mesurée dans l'appareil, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mesure (8) du niveau sonore ambiant, le moyen de calcul (7) augmentant la valeur de commande du ventilateur lorsque le niveau sonore dépasse un seuil déterminé. 8. Appareil selon la revendication 7, recevant des signaux d'une télécommande dédiée ; caractérisé en ce que le moyen de mesure (8) du niveau sonore ambiant est placé sur la télécommande, la télécommande émettant un signal représentatif de l'amplitude du niveau sonore ambiant.20