Brevet FR2937195A1 — publié le 20100416

DISPOSITIF D'ALIMENTATION RÉGULÉE POUR AU MOINS UN ORGANE ÉLECTRIQUE CONNECTÉ À UN RÉSEAU D'ALIMENTATION L'invention concerne les dispositifs qui sont destinés à alimenter en tension régulée au moins un organe électrique comprenant des composants électroniques et connecté à un réseau d'alimentation en tension, comme par exemple un réseau de bord d'un véhicule automobile. Certains réseaux d'alimentation en tension comprennent un Zo générateur de tension et de courant (comme par exemple un alternateur) et un module de stockage d'énergie électrique (comme par exemple une batterie), qui sont chargés d'alimenter en tension un ou plusieurs organes électriques de façon permanente ou commutée. C'est par exemple le cas des réseaux de bord de véhicule (éventuellement automobile). 15 Dans certaines circonstances, comme par exemple lors d'une phase de démarrage du moteur d'un véhicule automobile, il peut survenir une chute de tension (parfois importante) sur le réseau d'alimentation en tension. Cette chute peut nuire au fonctionnement de certains organes électriques qui sont connectés au réseau, comme par exemple des calculateurs, et donc peut 20 dégrader certaines prestations assurées par des fonctions qu'ils contrôlent, voire même empêcher l'exécution de certaines fonctions (éventuellement sécuritaires). Plusieurs solutions ont été proposées pour remédier à cet inconvénient. Elles sont notamment décrites dans les documents brevet FR 25 2896744, DE10233816, DE19921146 et FR 2887649. Ces solutions reposent toutes sur l'implantation dans le réseau d'alimentation, en amont des organes électriques à alimenter, d'une part, de moyens de stockage d'énergie ((super) condensateur(s) ou pompe de charge), agencés de manière à se charger lorsque le réseau fonctionne normalement et à se décharger pour alimenter 30 les organes électriques situés en aval lorsque cela s'avère nécessaire, et d'autre part, de moyens de commutation, destinés à ouvrir le réseau en amont des organes électriques de manière à déconnecter ces derniers de la batterie (ou du générateur) lorsque cela s'avère nécessaire, pour qu'ils soient alors alimentés par les moyens de stockage d'énergie. En raison de leurs types de conception ces solutions présentent plusieurs inconvénients, parmi lesquels : - elles sont relativement encombrantes, et donc ne peuvent pas être implantés directement dans l'organe électrique à alimenter, - elles peuvent nécessiter une modification de l'architecture du réseau d'alimentation en tension, - elles peuvent nécessiter au moins un composant � intelligent �, comme par exemple un microcontrôleur, - elles peuvent nécessiter une électronique de puissance, - elles ne peuvent réguler la tension que pendant une durée relativement courte, étant donné qu'elles reposent sur une accumulation d'énergie lors des phases de connexion au réseau d'alimentation en tension, puis sur une décharge lors des phases de déconnexion du réseau d'alimentation en tension, - elles sont généralement assez onéreuses. L'invention a donc pour but d'offrir une solution alternative qui remédie à tout ou partie des inconvénients précités des solutions de l'art antérieur. Elle propose à cet effet un dispositif, dédié à l'alimentation en tension régulée d'au moins un organe électrique comprenant des composants électroniques et connecté à un réseau d'alimentation en tension, et comprenant : - des moyens de commutation comprenant des bornes d'entrée et de sortie montées en série sur le réseau, entre une source d'énergie et des composants électroniques de l'organe électrique, et propres à être placés dans un état ouvert ou un état fermé, - des moyens de conversion de type DC/DC, montés en parallèle par rapport aux bornes d'entrée et de sortie des moyens de commutation et agencés pour convertir en une tension choisie la tension que présente le réseau en amont des moyens de commutation et pour délivrer cette tension choisie en aval de la borne de sortie des moyens de commutation, et - des moyens de détection agencés pour commander le placement des moyens de commutation dans leur état ouvert et la production de la tension choisie par les moyens de conversion lorsque la tension du réseau en amont des moyens de commutation est inférieure à une tension de référence. Par ailleurs, les moyens de conversion de ce dispositif peuvent par exemple comprendre un convertisseur de type � boost �. En outre, les moyens de détection de ce dispositif peuvent par exemple comprendre un comparateur de tension qui comporte une première entrée alimentée avec la tension que présente le réseau en amont des moyens de commutation et une seconde entrée alimentée avec la tension de référence, et qui est agencé pour comparer cette tension du réseau en amont des moyens de commutation à cette tension de référence et pour délivrer sur une sortie un signal de commande représentatif du résultat de cette comparaison. L'invention propose également un organe électrique, propre à être connecté à un réseau d'alimentation en tension et comprenant des composants électroniques et un dispositif d'alimentation en tension régulée du type de celui présenté ci-avant. L'invention propose également un réseau d'alimentation en tension, auquel peut être connecté en parallèle au moins un organe électrique comprenant des composants électroniques, et comprenant un dispositif d'alimentation en tension régulée du type de celui présenté ci-avant et monté en série en amont de l'organe électrique. Un tel réseau peut par exemple être un réseau de bord d'un véhicule automobile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement une partie d'un réseau de bord pourvu d'un dispositif d'alimentation en tension régulée selon l'invention, et - la figure 2 illustre schématiquement et fonctionnellement une partie d'un réseau de bord auquel sont connectés trois organes électriques équipés d'un dispositif d'alimentation en tension régulée selon l'invention. Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. L'invention propose d'équiper soit d'au moins un dispositif d'alimentation en tension régulée un réseau d'alimentation en tension auquel est connecté au moins un organe consommateur d'électricité, soit d'un dispositif d'alimentation en tension régulée au moins un organe consommateur d'électricité et connecté à un réseau d'alimentation en tension. Dans ce qui suit on considère, à titre d'exemple illustratif et non limitatif, que le réseau d'alimentation en tension (RB) est un réseau de bord électrique d'un véhicule automobile, comme par exemple une voiture, un car (ou bus), ou un camion. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type d'application. Elle concerne en effet tout type de réseau d'alimentation en tension auquel peut être connecté au moins un organe consommateur d'électricité (Ci). Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple illustratif et non limitatif, que les organes consommateurs d'électricité (Ci) sont des calculateurs. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type d'organe électrique. Elle concerne en effet tout type d'organe ayant besoin d'une tension minimale pour fonctionner efficacement (c'est-à-dire pour remplir sa ou ses fonctions). On a schématiquement et fonctionnellement illustré sur les figures 1 et 2 une partie d'un réseau d'alimentation en tension RB (ici un réseau de bord électrique). Ce dernier comprend : - au moins une source d'énergie. Dans l'exemple illustré, il comprend plus précisément un générateur de tension et de courant AL, comme par exemple un alternateur, et un module principal de stockage d'énergie électrique BA, comme par exemple une batterie, - au moins un organe électrique Ci. Ici trois organes électriques Cl à C3 (i = 1 à 3) ont été représentés, mais il pourrait y en avoir un seul, ou bien deux, voire plus de trois, et - des faisceaux électriques assurant les liaisons entre les éléments précités. On notera que les organes électriques Ci peuvent être alimentés en continu ou bien de façon commutée par le réseau RB. Afin de réguler la tension qui est fournie par le réseau RB au(x) organe(s) électrique(s) Ci, on prévoit au moins un dispositif d'alimentation en tension régulée D. Dans l'exemple illustré sur la figure 1, le dispositif (d'alimentation en tension régulée) D est monté en série en amont des organes électriques Ci. En revanche, dans l'exemple illustré sur la figure 2, chaque organe électrique Ci est équipé (ici en interne) de son propre dispositif (d'alimentation en tension régulée) D. On notera que dans ce second 1 o exemple, on peut envisager que chaque organe électrique Ci soit connecté au réseau RB via un dispositif D (externe) qui lui est dédié. On considère ici que les organes électriques Ci sont placés en aval des sources d'énergie AL et BA, en référence au sens de circulation du courant. Par conséquent un élément (comme par exemple un dispositif D) est 15 dit en amont d'un organe électrique Ci lorsqu'il est situé entre les sources d'énergie AL et BA et cet organe électrique Ci. Un dispositif D, selon l'invention, comprend au moins des moyens de commutation MCM, des moyens de conversion MCV de type DC/DC (continu/continu) et des moyens de détection MD. 20 Les moyens de commutation MCM comprennent une borne d'entrée B1 et une borne de sortie B2 qui sont montées en série sur le réseau RB, respectivement entre les sources d'énergie AL et BA et des composants électroniques CE (voir figure 2) d'un (ou plusieurs) organe(s) électrique(s) Ci. En fait, dans l'exemple illustré sur la figure 1, les moyens de commutation 25 MCM sont montés en série sur le réseau RB entre les sources d'énergie AL et BA et les organes électriques Ci (montés en parallèle), tandis que dans l'exemple illustré sur la figure 2, les moyens de commutation MCM de chaque dispositif D sont montés en série sur une branche parallèle du réseau RB entre les sources d'énergie AL et BA et les composants électroniques CE d'un 30 organe électrique Ci dans lequel est implanté ledit dispositif D. Ces moyens de commutation MCM sont dits à deux états. Ils peuvent donc être placés dans un état ouvert qui interdit le passage du courant issu du réseau RB vers les composants électroniques CE d'un ou plusieurs organes électriques Ci, ou dans un état fermé qui autorise le passage du courant issu du réseau RB vers les composants électroniques CE d'un ou plusieurs organes électriques Ci, en fonction de la valeur d'un signal de commande généré par les moyens de détection MD. Ces moyens de commutation MCM peuvent être de tout type connu de l'homme de l'art dès lors qu'ils présentent deux états de commande ouvert et fermé. Ainsi, il peut s'agir de relais électromécaniques ou statiques ou de transistors de puissance, par exemple à effet de champ (tels que des MOSFETs (� Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors �)). 1 o Les moyens de conversion MCV sont montés en parallèle par rapport aux bornes d'entrée B1 et borne de sortie B2 des moyens de commutation MCM. Ils sont agencés de manière à convertir en une tension choisie (ou tension de régulation) Vc, par exemple égale à 12 V, la tension VA que présente le réseau RB en amont des moyens de commutation MCM, et à 15 délivrer cette tension choisie Vc en aval de la borne de sortie B2 des moyens de commutation MCM. Ces moyens de conversion MCV peuvent être de tout type connu de l'homme de l'art dès lors qu'ils sont capables de convertir une tension d'entrée continue (ici VA) en une tension de sortie continue (ici Vc) d'une valeur choisie 20 (sensiblement constante). Ainsi, il peut par exemple s'agir d'un convertisseur de type � boost � (alimentation à découpage). Les moyens de détection MD sont agencés de manière à commander, d'une part, le placement des moyens de commutation MCM dans leur état ouvert, et d'autre part, la production de la tension choisie Vc par 25 les moyens de conversion MCV lorsque la tension VA du réseau RB en amont des moyens de commutation MCM est inférieure à une tension de référence VR. Comme illustré non limitativement sur la figure 1, la tension de référence VR peut par exemple être fournie aux moyens de détection MD par 30 des moyens de génération de tension MG. Ces derniers sont de préférence alimentés par le réseau RB en amont de la borne d'entrée B2 des moyens de commutation MCM, afin de pouvoir délivrer la tension de référence VR en � toutes � circonstances. Ces moyens de génération de tension MG peuvent par exemple être constitués à partir de composants électroniques de types résistance, diode Zener, condensateur, référence de tension réglable intégrée, régulateur linéaire et amplificateur opérationnel. Par ailleurs, les moyens de détection MD peuvent par exemple comprendre au moins un comparateur de tension comportant une première entrée qui est alimentée avec la tension VA que présente le réseau RB en amont des moyens de commutation MCM et une seconde entrée qui est alimentée avec la tension de référence VR (ici délivrée par les moyens de génération de tension MG). Ce comparateur de tension est chargé de comparer la tension VA (du réseau RB en amont des moyens de commutation MCM) à la tension de référence VR, et de délivrer sur une sortie un signal de commande dont la valeur est représentative du résultat de cette comparaison. Ce signal de commande est ensuite fourni aux moyens de commutation MCM et aux moyens de conversion MCV. Il leur sert alors d'instruction de commande leur demandant soit de se placer dans l'état ouvert ou l'état fermé, soit de procéder ou non à la conversion de tension. On comprendra qu'une première valeur du signal de commande (générée lorsque la tension VA est inférieure à la tension de référence VR) va ordonner aux moyens de commutation MCM de se placer dans l'état ouvert (interdisant le passage de courant) et aux moyens de conversion MCV de procéder à la conversion de tension, tandis qu'une seconde valeur du signal de commande (générée lorsque la tension VA est supérieure ou égale à la tension de référence VR) va ordonner aux moyens de commutation MCM de se placer dans l'état fermé (autorisant le passage de courant) et aux moyens de conversion MCV de ne pas procéder à la conversion de tension. On peut par exemple utiliser un comparateur de tension à amplificateur opérationnel pour réaliser le moyen de détection MD. Le dispositif D selon l'invention offre un certain nombre d'avantages par rapport aux dispositifs de l'art antérieur, parmi lesquels : - il présente un très faible encombrement qui permet son implantation dans un organe électrique, - il ne nécessite aucune modification de l'architecture du réseau d'alimentation en tension, - il ne nécessite pas de composant intelligent, comme par exemple un microcontrôleur, - il peut réguler la tension aussi longtemps que cela s'avère nécessaire, - il est peu onéreux. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation de dispositif d'alimentation en tension régulée, d'organe électrique et de réseau d'alimentation en tension décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Dispositif (D) d'alimentation en tension régulée pour au moins un organe électrique (Ci) comprenant des composants électroniques (CE) et connecté à un réseau d'alimentation en tension (RB), caractérisé en ce qu'il comprend i) des moyens de commutation (MCM) comprenant des bornes d'entrée (B1) et de sortie (B2) montées en série sur ledit réseau (RB), entre une source d'énergie (AL, BA) et des composants électroniques dudit organe 1 o électrique (Ci), et propres à être placés dans un état ouvert ou un état fermé, ii) des moyens de conversion (MCV) de type DC/DC, montés en parallèle par rapport auxdites bornes d'entrée (B1) et de sortie (B2) des moyens de commutation (MCM) et agencés pour convertir en une tension choisie la tension du réseau (RB) en amont desdits moyens de commutation (MCM) et 15 délivrer cette tension choisie en aval de ladite borne de sortie (B2) des moyens de commutation (MCM), et iii) des moyens de détection (MD) agencés pour commander le placement desdits moyens de commutation (MCM) dans leur état ouvert et la production de ladite tension choisie par lesdits moyens de conversion (MCV) lorsque ladite tension du réseau (RB) en 20 amont desdits moyens de commutation (MCM) est inférieure à une tension de référence. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de conversion (MCV) comprennent un convertisseur de type � boost �. 25 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection (MD) comprennent un comparateur de tension comportant une première entrée alimentée avec ladite tension du réseau (RB) en amont desdits moyens de commutation (MCM) et une seconde entrée alimentée avec ladite tension de référence, et agencé pour 30 comparer ladite tension du réseau (RB) en amont desdits moyens de commutation (MCM) à ladite tension de référence et pour délivrer sur une sortie un signal de commande représentatif du résultat de ladite comparaison. 4. Organe électrique (Ci), comprenant des composants électroniquesZo (CE) et propre à être connecté à un réseau d'alimentation en tension (RB), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'alimentation en tension régulée (D) selon l'une des revendications précédentes. 5. Réseau d'alimentation en tension (RB) auquel peut être connecté en parallèle au moins un organe électrique (Ci) comprenant des composants électroniques (CE), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'alimentation en tension régulée (D) selon l'une des revendications 1 à 3, monté en série en amont dudit organe électrique (Ci). 6. Réseau selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il constitue un Zo réseau de bord d'un véhicule automobile.