Brevet FR2955216A1 — publié le 20110715

DISPOSITIF ELECTRONIQUE DE COMPENSATION DE CHUTE DE TENSION [0001 La présente invention concerne un dispositif électronique permettant notamment de générer une tension de compensation à la chute de tension survenant dans un circuit comprenant une source d'énergie électrique. [0002] Dans certains domaines, il est important de pouvoir disposer d'une source de tension régulée. Par exemple dans le secteur de l'automobile, il est bien connu que l'actionnement du démarreur du véhicule afin de mettre en marche le moteur thermique entraine une forte chute de tension délivrée par la batterie, ce qui est néfaste pour le bon fonctionnement de certains organes, tels que les ordinateurs de bord, les phares, les essuie-glaces ou encore l'autoradio. Ce problème devient encore plus important avec l'adoption de systèmes d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique (systèmes désignés habituellement par « Stop & Start »). [0003] Une solution consiste alors à sur-dimensionner la capacité de la batterie, mais ceci au détriment du coût et du poids. [0004] Une autre solution est décrite dans le brevet FR 2923328 de la société Peugeot Citroën Automobiles SA.. Ce brevet concerne un dispositif électronique de puissance dédié au maintien de la tension du réseau de bord électrique et installé dans ce réseau. Ce dispositif, qui peut maintenir une tension constante à sa sortie, comporte principalement un convertisseur isolé qui génère une tension de compensation correspondant à la chute de tension due au démarrage du moteur thermique, cette tension de compensation étant ajoutée à la tension à l'entrée du convertisseur. Alors que la tension à l'entrée du convertisseur peut être diminuée transitoirement, la tension en sortie est maintenue et régulée à une valeur proche de la valeur initiale appliquée à l'entrée. Le convertisseur peut fonctionner en mode de conversion de tension, mais aussi en mode de by-pass lorsque la conversion de tension n'est pas utilisée, « grâce à un transistor MOS ou encore une diode passante ». [0005] La présente invention propose des améliorations du circuit décrit dans le brevet FR 2923328, notamment par une simplification du circuit (par exemple suppression dudit transistor ou de ladite diode de by-pass), ce qui permet une réduction du volume du convertisseur et une meilleure dissipation thermique. [0006] Selon la présente invention, le by-pass est directement intégré en sortie du transformateur utilisé dans le convertisseur. [000n De façon plus précise, la présente invention propose un circuit électronique de type push-pull comprenant une première et une deuxième borne d'entrée et une première et une deuxième borne de sortie, et une paire d'éléments inductifs primaires connectés chacun, d'une part, à un premier point milieu relié à l'une desdites bornes d'entrée et, d'autre part, à l'autre desdites bornes d'entrée via des éléments de commutation et une paire d'éléments inductifs secondaires connectés chacun, d'une part, à un second point milieu relié à la première desdites bornes de sortie et, d'autre part, à la deuxième desdites bornes de sortie via des composants électroniques. [0008] Selon l'invention, lesdits composants électroniques sont des 20 interrupteurs à commutation commandée, comme par exemple des transistors de type MOSFET. [0009] Dans une variante, les lesdits éléments de commutation sont des transistors de type MOSFET. [0010 Selon un mode de réalisation, ladite paire d'éléments inductifs 25 primaires comporte une première et une deuxième bobine d'induction primaire, chacune d'elles ayant l'une de ses deux extrémités connectée audit premier point milieu lequel est connecté à la première desdites bornes d'entrée et l'autre extrémité de chaque bobine étant connectée à la deuxième desdites bornes d'entrée par l'intermédiaire de l'un desdits éléments de commutation. La source de chaque transistor MOSFET est connectée à ladite deuxième borne d'entrée, le drain est connecté à l'extrémité de chaque bobine primaire opposée à l'extrémité connectée audit premier point milieu et la grille est connectée à un circuit de commande. [0011] Dans une variante, ladite paire d'éléments inductifs secondaires comporte une première et une deuxième bobine d'induction secondaire, chacune d'elles ayant l'une de ses deux extrémités connectée audit second point milieu lequel est relié à ladite première borne de sortie, et l'autre extrémité de chacune desdites bobines secondaires étant connectée à ladite deuxième borne de sortie par l'intermédiaire de l'un desdits composants électroniques. La source de chaque transistor MOSFET est connectée à l'extrémité de la bobine secondaire opposée à l'extrémité de la bobine secondaire connectée audit deuxième point milieu, le drain est connecté à ladite deuxième borne de sortie et la grille est reliée à un circuit de commande. [0012] Ledit second point milieu peut avantageusement être connecté à la première desdites bornes de sortie par l'intermédiaire d'un élément de lissage de tension, un solénoïde par exemple. [0013] Une capacité peut être connectée entre lesdites bornes de sortie. [0014] Le dispositif comporte avantageusement au moins deux modes de fonctionnement: -d'une part, en convertisseur d'énergie de type push-pull permettant de générer une tension entre lesdites bornes de sortie supérieure à la tension appliquée entre lesdites bornes d'entrée en faisant commuter alternativement lesdits éléments de commutation et , - d'autre part, en by-pass en positionnant lesdits éléments de commutation en position ouverte (non passante) et lesdits composants électroniques en position fermée (passante) , la fonction convertisseur étant inhibée lorsque le dispositif fonctionne en by-pass et inversement la fonction by-pass étant inhibée lorsque le dispositif fonctionne en convertisseur. [0015] De façon avantageuse, les grilles des transistors de la première bobine primaire et de la deuxième bobine secondaire sont reliées à un même circuit de commande et les grilles des transistors de la deuxième bobine primaire et de la première bobine secondaire sont reliées à un même circuit de commande. [0016] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné 10 à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé et sur lequel : • la figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation de l'invention. [0017] Le dessin annexé pourra non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. 15 [0018] Le mode de réalisation du dispositif électronique représenté schématiquement sur la figure 1 comporte une première borne d'entrée 10, une deuxième borne d'entrée 12, une première borne de sortie 14 et une deuxième borne de sortie 16. Les bornes d'entrée 10 et 12 peuvent être connectées à une source d'énergie électrique telle qu'une batterie (non 20 représentée). Lorsque cette batterie fait partie du circuit électrique d'un véhicule automobile, la tension Vbat fournie par la batterie peut chuter au cours du démarrage du moteur thermique. Le circuit de l'invention permet de compenser cette chute de tension en générant une tension de compensation ÈV qui est ajoutée à la tension V1 entre les bornes d'entrée 10 et 12, de 25 sorte que la tension délivrée entre les bornes de sortie 14 et 16 (V1+AV )soit sensiblement égale à la tension initiale de la batterie Vbat. [0019] Le dispositif comporte, d'une part, une paire d'éléments inductifs primaires composée principalement d'une première bobine d'induction primaire 18 et d'une deuxième bobine d'induction primaire 20 et, d'autre part, une paire d'éléments inductifs secondaires composée principalement d'une première bobine d'induction secondaire 22 et une deuxième bobine d'induction secondaire 24. Les bobines 18 et 20 forment le circuit primaire d'un transformateur et les bobines 22 et 24 forment le circuit secondaire de ce transformateur. [0020] Les bobines primaires 18 et 20 sont reliées ensemble à un premier point milieu 26 et les bobines secondaires 22 et 24 sont reliées à un deuxième point milieu 28. Ces points milieux 26 et 28 sont connectés à la première borne 10 d'entrée du circuit. [0021] Des éléments de commutation 30 et 32 connectent les extrémités 34 et 36 des bobines primaires respectivement 18 et 20. Ces éléments de commutation 30 et 32 peuvent être des interrupteurs électroniques de puissance classiques, mais préférentiellement des transistors de type MOSFET comme représentés sur la figure 1. [0022] Des composants électroniques 38 et 40 connectent les extrémités 42 et 44 des bobines secondaires respectivement 22 et 24. Ces composants électroniques 38 et 40 sont des interrupteurs à commutation commandée, de préférence des transistors MOSFET. [0023] Les transistors MOSFET sont schématisés sur la figure 1 chacun par une diode branchée en parallèle avec un interrupteur. [0024] Les sources 45 et 46 des transistors respectivement 30 et 32 sont reliées à la deuxième borne d'entrée 12; les drains 48 et 50 des transistors respectivement 30 et 32 sont reliées aux extrémités respectivement 34 et 36 des bobines primaires 18 et 20 et les grilles 52 et 54 des transistors respectivement 30 et 32 sont reliées à un circuit de commande respectivement 56 et 58. [0025] Concernant les transistors MOSFET 38 et 40, les sources 60 et 62 sont connectées aux extrémités respectivement 42 et 44 des bobines secondaires 22 et 24, les drains 64 et 66 sont connectés à la deuxième borne de sortie 16 et les grilles 68 et 70 sont connectées au circuit de commande respectivement 58 et 56. [0026] Les circuits de commande des grilles des transistors sont reliés à un organe de commande (non représenté) tel qu'un ordinateur par exemple (pour l'application du circuit au maintien de la tension d'alimentation du réseau de bord d'un véhicule, l'organe de commande peut être par exemple l'ordinateur de bord assurant la gestion du réseau). [0027] La grille de chacun des transistors MOSFET pourrait être commandée, de façon classique, par un circuit de commande indépendant. Cependant, selon une caractéristique de l'invention, il est avantageux que les grilles des transistors 30 et 40 soient commandées par un même circuit 56 ; de même il est avantageux que les grilles 54 et 68 des transistors 32 et 38 soient commandées par un même circuit de commande 58. [0028] Une capacité 72 relie les deux bornes de sortie 14 et 16. Un élément de lissage de tension 74, tel qu'un solénoïde, est connecté entre le deuxième point milieu 28 et la borne de sortie 14. [0029] On remarque que le circuit formé par les bobines primaires 18-20 et secondaires 22-24 et par les transistors 30, 32, 38 et 40 forment un circuit de type push-pull. [0030] Le dispositif selon l'invention peut fonctionner selon au moins deux modes différents : d'une part, en convertisseur d'énergie de type push-pull et d'autre part, en by-pass. Selon le fonctionnement en mode convertisseur, les commandes envoyées par le circuit de commande 56 aux MOSFET 30 et 40 sont synchronisées de sorte que ces transistors soient ensemble en position fermée (position passante), ou en position ouverte (position non passante) simultanément. Il en est de même des commandes envoyées par le circuit de commande 58 aux transistors 38 et 32. Les transistors MOSFET 30 et 32 sont positionnés alternativement, à l'aide des circuits de commande 56 et 58, en mode passant : lorsque l'un des transistors est passant (c'est-à-dire conducteur), l'autre est non passant (c'est-à-dire non conducteur). La tension aux bornes d'entrée 10 et 12 est donc appliquée alternativement aux bobines primaires 18 et 20. Cette tension est reproduite dans les bobines secondaires dans le rapport de transformation des transformateurs formés par les bobines primaires et secondaires. On obtient ainsi entre les bornes de sortie 14 et 16 une tension de sortie ÈV dont la valeur moyenne dépend de la tension appliquée V entre les bornes d'entrée, du rapport de transformation et de la fréquence de commande des transistors. La tension ainsi produite ÈV entre les bornes 14 et 16 peut être ajoutée en série à la tension d'entrée V1 pour donner une tension entre les bornes 16 et 12 égale à (V + EV), cette valeur pouvant être sensiblement égale à la valeur de la batterie Vbat d'un véhicule. [0031] Selon un autre mode de fonctionnement, le fonctionnement en by-pass, le fonctionnement en convertisseur est inhibé. Les commandes envoyées par le circuit de commande 56 (ou 58) aux transistors 30 et 40 (ou 38 et 32) sont opposées de sorte que, simultanément, les transistors MOSFET 30 et 32 soient en position non passante (non conducteurs) et les transistors MOSFET 38 et 40 soient en position passante (conducteurs). Le dispositif se comporte alors comme un simple fil conducteur, la tension appliquée à l'entrée se retrouvant intégralement à la sortie. Pour une application du dispositif à la régulation de la tension du réseau de bord d'une automobile, le fonctionnement en by-pass est le plus fréquent (probablement plus de 90% du temps de fonctionnement). [0032] La présente invention propose ainsi un dispositif permettant un fonctionnement en mode by-pass sans avoir recours à un composant supplémentaire, comme le propose l'art antérieur. De plus l'utilisation de transistors MOSFET permet d'améliorer le rendement global du dispositif en mode convertisseur. Les pertes, notamment par échauffement, sont réduites. [0033] D'autres modes de réalisation que celui décrit et représenté peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente 5 invention. REVENDICATIONS1. Dispositif électronique de type push-pull comprenant une première (10) et une deuxième (12) borne d'entrée et une première (14) et une deuxième (16) borne de sortie, une paire d'éléments inductifs primaires (18, 20) connectés chacun, d'une part, à un premier point milieu (26) connecté à l'une (10) desdites bornes d'entrée et, d'autre part, à l'autre (12) desdites bornes d'entrée via des éléments de commutation (30, 32) et une paire d'éléments inductifs secondaires (22, 24) connectés chacun, d'une part, à un second point milieu (28) connecté à la première (14) desdites bornes de sortie et, d'autre part, à la deuxième (16) desdites bornes de sortie via des composants électroniques (38, 40), ledit dispositif étant caractérisé en ce que lesdits composants électroniques sont des interrupteurs à commutation commandée (38, 40). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits 15 interrupteurs à commutation commandée (38, 40) sont des transistors de type MOSFET. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits éléments de commutation (30, 32) sont des transistors de type MOSFET 20 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite paire d'éléments inductifs primaires comporte une première (18) et une deuxième (20) bobine d'induction primaire, chacune d'elles ayant l'une de ses deux extrémités connectée audit premier point milieu (26) lequel est connecté à la première (10) desdites bornes d'entrée et l'autre extrémité 25 (34, 36) de chaque bobine étant connectée à la deuxième (12) desdites bornes d'entrée par l'intermédiaire de l'un desdits éléments de commutation (30, 32). 5. Dispositif selon les revendications 2 et 4 caractérisé en ce que la source (45, 46) de chaque transistor MOSFET formant interrupteur à commutation commandée est connectée à ladite deuxième borne d'entrée (12), son drain (48, 50) est connecté à l'extrémité (34, 36) de chaque bobine primaire (18, 20) opposée à l'extrémité connectée audit premier point milieu (26) et sa grille (52, 54) est connectée à un circuit de commande (56, 58). 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite paire d'éléments inductifs secondaires comporte une première (22) et une deuxième (24) bobine d'induction secondaire, chacune d'elles ayant l'une de ses deux extrémités connectée audit second point milieu (28) lequel est relié à ladite première borne de sortie (14), et l'autre extrémité (42, 44) de chacune desdites bobines secondaires étant connectée à ladite deuxième borne de sortie (16) par l'intermédiaire de l'un desdits composants électroniques (38, 40). 7. Dispositif selon les revendications 3 et 6 caractérisé en ce que la source (60, 62) de chaque transistor MOSFET (38, 40) formant un élément de commutation est connectée à l'extrémité de la bobine secondaire opposée à l'extrémité connectée audit deuxième point milieu (28), son drain (64, 66) est connecté à ladite deuxième borne de sortie (16) et sa grille (68, 70) est reliée à un circuit de commande (58, 56). 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit second point milieu (28) est connecté à la première (14) desdites bornes de sortie par l'intermédiaire d'un élément de lissage de tension (74). 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux modes de fonctionnement: d'une part, en convertisseur d'énergie de type push-pull permettant de générer une tension entre lesdites bornes de sortie (14, 16) supérieure à la tension appliquée entre lesdites bornes d'entrée (10, 12) en faisant commuter alternativement lesdits éléments de commutation (30, 32) et ,d'autre part, en by-pass en positionnant lesdits éléments de commutation (30, 32) en position ouverte et lesdits composants électroniques en position fermée, la fonction convertisseur étant inhibée lorsque le dispositif fonctionne en by-pass et inversement la fonction by-pass étant inhibée lorsque le dispositif fonctionne en convertisseur. 10. Dispositif selon les revendications 4 et 6 caractérisé en ce que les grilles (52, 70) des transistors (30, 40) de la première bobine primaire (18) et de la deuxième bobine secondaire (24) sont reliées à un même circuit de commande (56). 20 25