Brevet FR2935557A1 — publié le 20100305

L'invention concerne notamment un dispositif électronique de surveillance et d'alerte pour un étage de puissance, notamment d'un régulateur tel qu'un régulateur de tension, associé à une machine électrique tournante, par exemple un alternateur ou un alterno-démarreur de véhicule automobile. 10 On connaît par le brevet EP 920 722 B1 un système de régulation d'un générateur. L'invention vise notamment à permettre de surveiller le bon fonctionnement d'un étage de puissance d'un régulateur de tension pour alternateur. L'invention a pour objet, selon l'un de ses aspects, un dispositif électronique 15 de surveillance et d'alerte pour un étage de puissance, notamment d'un régulateur tel qu'un régulateur de tension, associé à une machine électrique tournante, par exemple un alternateur ou un alterno-démarreur de véhicule automobile, ce dispositif étant agencé pour produire une alerte en cas d'une défaillance de l'étage de puissance. 20 L'invention permet notamment d'alarmer le conducteur du véhicule en cas d'une défaillance de l'étage de puissance. De préférence, le dispositif est agencé pour produire l'alerte sans rétroagir sur l'étage de puissance. Le dispositif est avantageusement agencé pour produire l'alerte au moins en 25 fonction d'une première information, notamment de type binaire, représentative d'une comparaison, notamment réalisée par un comparateur, entre, d'une part, une valeur d'un paramètre électrique tel qu'une tension, mesurée sur l'étage de puissance et, d'autre part, une valeur de référence de ce paramètre électrique. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le paramètre électrique, 30 notamment une tension, est mesuré pour une excitation électrique injectée dans un bobinage d'excitation de la machine électrique tournante. 1 Si on le souhaite, la valeur de référence est une valeur de tension, par exemple choisie sensiblement égale à 1 Volt. Le cas échéant, l'étage de puissance comporte au moins un transistor, notamment du type à effet de champ. Le dispositif peut être agencé pour, pendant que le transistor est en mode fermé, générer la première information en état haut, et pendant que ce transistor est en mode ouvert, générer la première information en état bas. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif est agencé pour produire l'alerte au moins en fonction d'une deuxième information, notamment de type binaire, représentative de l'état de charge d'une source de stockage d'énergie, notamment d'une batterie du véhicule. Le dispositif peut être agencé pour produire l'alerte en fonction d'une comparaison, notamment de type logique, entre les première et deuxième informations, notamment toutes deux étant des signaux binaires. La comparaison entre les première et deuxième informations binaires peut être réalisée par une porte logique, notamment du type 'OU EXCLUSIF'. Avantageusement le dispositif de surveillance et d'alerte est agencé pour générer une alerte au moins dans les cas suivants : - l'excitation électrique de la machine étant court-circuitée sur une borne, par exemple une borne positive, de la batterie du véhicule, ou un transistor de l'étage de puissance étant cassé en mode fermé, la première information étant en état haut et la deuxième information en état bas, - l'excitation électrique de la machine étant court-circuitée sur une masse, ou un transistor de l'étage de puissance étant cassé en mode ouvert, la première information étant en état bas et la deuxième information en état haut. Si on le souhaite, le dispositif comporte un module de confirmation d'erreur agencé pour empêcher l'activation d'une alerte dans des modes transitoires. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif est agencé pour générer, en cas d'une défaillance de l'étage de puissance, un signal d'alerte de type lumineux ou sonore détectable par un conducteur dans le véhicule automobile, le dispositif comportant notamment une source lumineuse telle qu'une lampe, activable pour émettre l'alerte. Le dispositif peut être agencé pour pouvoir être connecté à un module de commande du régulateur, ce module étant capable de commander l'excitation électrique appliquée à la machine électrique tournante suivant un état de fonctionnement choisi parmi une pluralité d'états de fonctionnement prédéterminés. Le cas échéant, le module de commande de l'excitation est agencé pour autoriser ou interdire la génération d'une alerte par le dispositif de surveillance et d'alerte en fonction de l'état de fonctionnement de la machine électrique tournante. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la deuxième information est prélevée à l'entrée dudit module de commande. En variante, la deuxième information est prélevée à la sortie dudit module de commande, et notamment juste à l'entrée de l'étage de puissance. L'invention a également pour objet un ensemble pour un véhicule automobile comportant : - une machine électrique tournante, notamment un alternateur ou un alterno-démarreur, - un régulateur de tension comportant un étage de puissance, associé à la machine électrique tournante, - un dispositif de surveillance et d'alerte tel que défini ci-dessus, associé à l'étage de puissance du régulateur. L'invention concerne encore un procédé pour surveiller un étage de puissance d'un régulateur de tension, et générer une alerte, par exemple en destination d'une personne dans le véhicule automobile, notamment à l'aide d'un dispositif tel défini plus haut, le procédé comportant les étapes suivantes : - détecter une éventuelle défaillance de l'étage de puissance, - générer une alerte en cas d'une détection d'une défaillance de l'étage de puissance. Le cas échéant, en cas de défaillance d'un transistor de l'étage de puissance dans un mode fermé, et un ordre d'excitation de la machine électrique tournante est généré, l'alerte n'est pas produite. Le cas échéant encore, en cas de défaillance d'un transistor de l'étage de puissance dans un mode ouvert, et aucun ordre d'excitation de la machine électrique tournante n'est généré, l'alerte n'est pas produite non plus. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, un dispositif de surveillance et d'alerte conforme à un exemple de mise en oeuvre de l'invention, associé à une machine électrique tournante, - la figure 2 montre un tableau illustrant les différentes comparaisons logiques opérées par le dispositif de la figure 1, - les figures 3 et 4 illustrent, schématiquement et partiellement, deux autres exemples de dispositif de surveillance et d'alerte selon l'invention, et - la figure 5 montre un tableau illustrant les différentes comparaisons logiques opérées par le dispositif de la figure 4. On a représenté sur la figure 1 un ensemble 100 pour véhicule automobile 20 comportant une machine électrique tournante polyphasée 1 formée, dans l'exemple considéré, par un alternateur. Cet alternateur 1 est capable d'être entraîné en rotation par un moteur à combustion interne du véhicule automobile pour produire de l'énergie électrique. De manière connue en soi, l'alternateur 1 comporte, d'une part, un stator 25 comprenant des enroulements formant dans l'exemple décrit trois phases, et d'autre part, un rotor comprenant un enroulement d'excitation. En variante, la machine 1 peut être un alterno-démarreur. L'alternateur 1 est relié à une batterie 2 embarquée sur le véhicule. L'ensemble 100 comprend en outre un régulateur 10 de l'alternateur 1, lequel 30 régulateur 10 est capable de fournir un courant électrique dont l'intensité varie en fonction de signaux ou impulsions d'excitation. Le régulateur 10 comporte un amplificateur différentiel 11 agencé pour délivrer une information d'erreur Er représentative de la différence entre une consigne Ref et une valeur de tension Us reliée à la borne positive de la batterie 2 ou à la borne positive de l'alternateur 1. Le régulateur 10 comprend en outre un générateur de signaux d'excitation 12 agencé pour délivrer des signaux d'excitation PWM_SIGNAL dont le rapport cyclique varie en fonction de l'information d'erreur Er fournie par l'amplificateur différentiel 11. Le générateur 12 est, dans l'exemple décrit, de type à modulation de largeur 10 d'impulsions ou PWM (en anglais Pulse Width Modulation). Le régulateur 10 comporte un module de commande 15 capable de commander l'excitation électrique appliquée à la machine électrique tournante 1 suivant un état de fonctionnement choisi parmi une pluralité d'états de fonctionnement prédéterminés. 15 Ce module 15 comprend une unité de contrôle de l'excitation 16 et une machine d'états 17 capable de commander l'unité 16. La machine d'états 17 mémorise différents états de fonctionnement pouvant être appliqués à l'alternateur 1. Ces états correspondent par exemple aux : 20 - Mode d'arrêt appelé mode STAND_BY dans lequel l'excitation du rotor est maintenue, en termes de rapport cyclique, à 0%, - Mode de temporisation appelé mode TIMER dans lequel l'excitation est coupée pendant un temps prédéterminé, par exemple pendant 5 secondes, au démarrage, 25 - Mode de pré-excitation du rotor pendant lequel le rapport cyclique est maintenu à environ 12.5% par exemple, - Mode de réponse progressive appelé mode LRC pendant lequel le rapport cyclique varie entre 0 et 100%, - Mode normal de régulation appelé mode NORMAL pendant lequel le 30 rapport cyclique varie en fonction de la charge de la batterie notamment, - Mode de régulation de phase. L'invention s'applique la plupart du temps au mode NORMAL. Un étage de puissance 21 en aval du module 15 est connecté à l'alternateur 1 pour commander celui-ci en délivrant l'excitation sur le rotor de la machine, en fonction de signaux d'excitation fournis par le module de commande 15. Cet étage de puissance 21 comporte un transistor 22 de type MOSFET et une diode de roue libre 23. L'ensemble 100 comprend en outre un dispositif électronique de surveillance et d'alerte 30 agencé pour produire une alerte en cas d'une défaillance de l'étage de puissance 21. Le dispositif 30 est agencé pour produire l'alerte sans rétroagir sur l'étage de puissance 21, et notamment sans rétroagir sur le transistor 22. Le dispositif 30 est agencé pour produire l'alerte en fonction d'une première information de type binaire EXC_STATUS représentative d'une comparaison, réalisée par un comparateur 31, entre, d'une part, une valeur de tension mesurée sur l'étage de puissance 21 et, d'autre part, une valeur de référence de tension VOLT REF. La tension est mesurée pour une excitation électrique injectée dans un bobinage d'excitation de la machine électrique tournante. La valeur de référence VOLT_REF est une valeur de tension, par exemple choisie sensiblement égale à 1 Volt. Le dispositif 30 est agencé pour, pendant que le transistor est en mode fermé, générer la première information en état haut EXC_STATUS= 1, et pendant que ce transistor est en mode ouvert, générer la première information en état bas EXC STATUS= 0. On a EXC_STATUS= 1 lorsque l'excitation est superieure à VOLT_REF, l'excitation étant considérée présente ON. On a EXC_STATUS= 0 lorsque l'excitation est inférieure à VOLT_REF, l'excitation étant considérée absente OFF. Le dispositif est agencé pour produire l'alerte également en fonction d'une 30 deuxième information de type binaire PWM_SIGNAL, représentative de l'état de charge de la batterie 2 du véhicule. Ce deuxième signal est issu de la boucle de régulation prise sur le générateur de signaux 12. Ce deuxième signal permet de savoir si une demande de champ est nécessaire on non pour l'alternateur 1. On a PWM_SIGNAL=1 lorsque Us est inférieure à Ref, la batterie n'étant pas assez chargée. On a PWM_SIGNAL=0 lorsque Us est supérieure à Ref, la batterie étant assez chargée. La comparaison entre les première et deuxième informations binaires 10 EXC_STATUS et PWM_SIGNAL est réalisée par une porte logique 32, du type 'OU EXCLUSIF' XOR. Le dispositif 30 est agencé pour générer une alerte dans les cas suivants : - l'excitation électrique de la machine étant court-circuitée sur une borne, par exemple une borne positive, de la batterie 2 du véhicule, ou le 15 transistor 22 de l'étage de puissance 21 étant cassé en mode fermé, la première information étant en état haut EXC_STATUS= 1 et la deuxième information en état bas PWM SIGNAL= 0, - l'excitation électrique de la machine 1 étant court-circuitée sur une masse, ou le transistor 22 de l'étage de puissance étant cassé en mode ouvert, la 20 première information étant en état bas EXC_STATUS= 0 et la deuxième information en état haut PWM SIGNAL= 1. En cas d'une défaillance de l'étage de puissance 21 et en particulier du transistor 22, un signal d'alerte de type lumineux ou sonore détectable par un conducteur dans le véhicule automobile est émis. 25 Le dispositif 21 comporte, dans l'exemple décrit, une source lumineuse telle qu'une lampe 36, activable pour émettre l'alerte. On a représenté sur la figure 2 les différentes opérations logiques, expliquées ci-dessous. 30 Cas n°1 : détection d'anomalie sur l'étage de puissance 21 impossible. Cas n°2 : Anomalie détectée. Les causes possibles sont l'excitation court-circuitée à la borne B+, ou une fuite de courant sur le transistor MOSFET 22 de façon anormale (par exemple le transistor 22 est cassé en mode fermé). Dans ce cas, le courant d'excitation est maximale et la tension batterie 2 augmente. Ainsi le signal PWM_SIGNAL est positionné sur 0 et le signal EXC_STATUS est positionné sur 1 ; la lampe 36 est allumée dans ce cas. Cas n°3: Anomalie détectée. Les causes possibles sont une cassure du transistor 22 ouvert, un court-circuit du rotor ou un court-circuit sur la diode de roue libre 23. Dans ce cas, le courant d'excitation est minimale et la tension batterie diminue du fait des consommateurs. Ainsi le signal PWM_SIGNAL est positionné sur 1 et le signal EXC_STATUS est positionné sur 0 ; la lampe 36 est allumée dans ce cas. Cas n°4 : détection d'anomalie sur l'étage de puissance 21 impossible. Le dispositif 32 comporte un module de confirmation d'erreur 35 agencé pour empêcher l'activation d'une alerte dans des modes transitoires. Ce module de confirmation d'erreur 35 permet d'éviter de générer une fausse alerte durant un mode de fonctionnement de la machine d'états 17. Par exemple, dans le mode TIMER, l'excitation est coupée pendant 5 20 secondes au démarrage (PWM_SIGNAL= 1 et EXC_STATUS= 0), et il est possible qu'un fausse alerte soit générée. Un solution prévoit d'avoir un débit talon sur l'excitation afin de générer des transitions à la sortie de la porte logique 32 XOR. Ainsi le module de confirmation 35 est réinitialisé et filtre ces courtes 25 impulsions. Afin de pouvoir vérifier le fonctionnement de l'étage de puissance 21 dans tous les modes de fonctionnement du régulateur 10, il est possible d'utiliser la configuration illustrée à la figure 3. Dans ce cas, il est possible de comparer la commande du transistor 22 30 prélevée au plus proche de la grille G du transistor 22 et son état de fonctionnement donné par le signal EXC_STATUS. Lorsque la machine d'états 17 nécessite un contrôle sur l'autorisation ou non de l'alerte de l'étage de puissance 21, il est possible d'ajouter une porte logique 'ET' ('AND') 40, comme illustré sur la figure 4. L'autorisation est réalisée par la porte ET 40 avec un signal EN en provenance de la machine d'états 17. Cette possibilité d'inhibition de l'alerte est utilisée avec par exemple le mode TIMER du régulateur 10 pour éviter une fausse alerte. Les opérations logiques pour l'exemple de la figure 4 sont illustrées dans le tableau de la figure 5. Les cas 1 à 4 sont analogues à ceux décrits plus haut pour l'exemple de la figure 1. Le cas n°5 du tableau de la figure 5 correspond au cas où la surveillance de l'étage de puissance 21 n'est pas autorisée. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif est agencé pour générer, en cas d'une défaillance de l'étage de puissance, un signal d'alerte transmis vers le contrôle moteur du véhicule. Revendications1. Dispositif électronique (30) de surveillance et d'alerte pour un étage de puissance (21), notamment d'un régulateur tel qu'un régulateur de tension, associé à une machine électrique tournante O.), par exemple un alternateur ou un alterne-démarreur de véhicule automobile, ce dispositif étant agencé pour produire une alerte en cas d'une défaillande de l'étage de puissance (21), en fonction au moins d'une première information (EXC_STATUS), notamment de type binaire, représentative d'une comparaison, notamment réalisée par un comparateur �31), entre, d'une part, une valeur d'un paramètre électrique tel qu'une tension, mesurée sur l'étage de puissance et, d'autre part, une valeur de référence (VOLT_ REF) de ce paramètre électrique. 15 2. Dispositif selon a revendication précédente, caractérisé par le fait que le paramètre électrique, notamment une tension, est mesuré pour une excitation électrique injectée dans un bobinage d'excitation de la machine électrique tournante (1). 3. Dispositif selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé par le fait que la valeur de référence (VOLLREF) est une valeur de tension, par exemple choisie sensiblement égale à 1 volt. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est agencé pour produire l'alerte au moins en fonction d'une deuxième information (PWM_SIGNAL), notamment de type binaire, représentative de l'état de charge d'une source de stockage d'énergie, notamment d'une batterie du véhicule. 30. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'il est agencé pour produire l'alerte en fonction d'une comparaison entre les première et deuxième informations, notamment toutes deux de type binaire 6. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que fa comparaison entre les première et deuxième informations binaires est réalisée par une parte logique, notamment du type `OU EXCLUSIF�XOR), 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précéden es, 10 caractérisé par le fait qu'il est agencé pour générer une alerte au moins dans les cas suivants :. .. l'excitation électrique de la machine étant court-circuitée sur une borne, par exemple une borne positive, de la batterie du véhicule, ou un transistor de l'étage de puissance étant cassé en mode fermé, la première 15 information étant en état haut (EXC_STATUS= 1) et la deuxième information en état bas (PMW_SIGNAL= 0), l'excitation électrique de la machine étant court-circuitée sur une masse, ou un transistor de l'étage de puissance étant cassé en mode ouvert, la première information étant en état bas (EXC_STATUS= 0) et la deuxième 20 information en état haut (PWM_SIGNAL= 1). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un module de confirmation d'erreur (35) agencé pour empêcher ractivation d'une alerte dans des modes transitoires. 25 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est agencé pour générer, en cas d'une défaillance de l'étage de puissance, un signal d'alerte de type lumineux ou sonore détectable par un conducteur dans le véhicule automobile, le dispositif comportant 30 notamment une source lumineuse telle qu'une lampe (36), activable pour émettre l'alerte.O. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est agencé pour générer, en cas d'une défaillance de l'étage de puissance, un signal d'alerte transmis vers le contrôle moteur du véhicule. 1 1.Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est agencé pour pouvoir être connecté à un module de commande du régulateur (15), ce module étant capable de commander 10 l'excitation électrique appliquée à la machine électrique tournante suivant un état de fonctionnement choisi parmi une pluralité d'états de fonctionnement prédéterminés. 12.Dispositif selon les revendications 4 et 11, caractérisé par le fait que la 15 uxième information est prélevée a l'entrée dudit module de commande (15). 13. Dispositif selon les revendications 4 et 11, caractérisé par le fait que la deuxième information est prélevée à la sortie dudit module de commande. 20 14.Ensemble (100) pour un véhicule automobile comportant une machine électrique tournante M. notanlMent un alte nateur ou un altemo,démarreur, un régulateur de tension (10) campori n un étage de puissance, associé à la machine électrique tournante, 25 un dispositif (30) de surveillance et d'alerte selon l'une quelconque des revendications précédentes, associé à l'étage de puissance du régulateur. 15.Procédé pour surveiller un étage de puissance d'un régulateur de tension, et générer une alerte, par exemple en destination d'une personne dans le 30 véhicule automobile, à raide d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, le procédé comportant les étapes suivantes :détecter une défaillance de l'étage de puissance, générer une alerte en cas d'une détection d'une défaillance de l'étage puissance (21). 16. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que, en cas de défaillance d'un transistor de l'étage de puissance (21) dans un mode fermé, et un ordre d'excitation de la machine électrique tournante est généré, l'alerte n'est pas produite. IO 17. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que, en cas de défaillance d'un transistor de l'étage de puissance (21) dans un mode ouvert, et aucun ordre d'excitation de la machine électrique tournante n'est généré, l'alerte n'est pas produite.