Brevet FR2958090A1 — publié le 20110930

DISPOSITIF DE REGULATION D'UNE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE DE VEHICULE AUTOMOBILE, ET MACHINE COMPRENANT CE DISPOSITIF DE REGULATION DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION. La présente invention concerne un dispositif de régulation d'une machine électrique tournante polyphasée, notamment du type des alternateurs ou alternateurs-démarreurs équipant les véhicules automobiles. L'invention concerne io également une machine électrique tournante utilisant ce dispositif. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION. Dans le domaine de l'automobile, il est bien connu de maintenir la tension fournie au réseau électrique de bord par l'alternateur du véhicule à une valeur de 15 consigne prédéterminée, indépendamment de la vitesse de rotation du moteur ou de la consommation électrique des équipements, au moyen d'un dispositif de régulation dit « régulateur ». De nos jours, les équipementiers de l'automobile ont développé des alternateurs et des alternateurs-démarreurs très performants en mettant en oeuvre 20 des régulateurs électroniques faisant appel à des techniques numériques. Cependant, les régulateurs électroniques peuvent être sensibles aux microcoupures de leurs alimentations électriques et aux perturbations transitoires transmises par le réseau de bord. 25 DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION. La présente invention vise donc à améliorer la robustesse d'un régulateur électronique contre des microcoupures de leurs alimentations électriques et contre des perturbations transitoires transmises par le réseau de bord du véhicule. Elle a précisément pour objet un dispositif de régulation d'une machine 30 électrique tournante polyphasée de véhicule automobile, du type de ceux aptes à asservir à une valeur de consigne prédéterminée une tension continue d'un réseau électrique de bord alimenté par cette machine en contrôlant au moyen d'un bloc analogique de commande un courant d'excitation périodique présentant un rapport -2- cyclique qui est déterminé par un bloc numérique de traitement à partir d'une tension d'erreur entre la valeur de consigne prédéterminée et la tension continue du réseau électrique. Le dispositif de régulation selon l'invention est remarquable en ce qu'il comporte un système de mise en autarcie électrique du bloc numérique de traitement, le système comprenant des moyens de maintien de tension à capacité d'autarcie pour fournir une tension d'alimentation avec autarcie alimentant exclusivement le bloc numérique de traitement et des moyens de gestion d'autarcie pour gérer l'autarcie du bloc numérique de traitement en fonction de l'amplitude de io la tension d'alimentation avec autarcie. De préférence, les moyens de gestion d'autarcie comportent des moyens d'arrêt d'au moins une horloge du bloc numérique de traitement quand la tension d'alimentation avec autarcie est inférieure à une tension d'alimentation d'alimentation de référence du bloc numérique. 15 De plus, ces mêmes moyens de gestion d'autarcie comportent avantageusement des moyens de réinitialisation d'au moins un circuit de commande numérique du bloc numérique de traitement quand la tension d'alimentation avec autarcie est inférieure à une tension de réinitialisation de référence du bloc numérique. 20 Le dispositif de régulation d'une machine électrique tournante polyphasée de véhicule automobile selon l'invention est également remarquable en ce que la capacité des moyens de maintien de tension à capacité d'autarcie est reliée au réseau de bord par au moins une diode anti-retour. Fort avantageusement, les moyens de maintien de tension à capacité 25 d'autarcie comportent des moyens de limitation de la tension d'alimentation avec autarcie; ces moyens de limitation comprennent préférentiellement au moins une diode de Zener. Alternativement, les moyens de maintien de tension à capacité d'autarcie comportent des moyens de régulation de la tension d'alimentation avec autarcie, 30 ces moyens de régulation comprenant de préférence au moins un comparateur et un élément de commutation tel que transistor. L'invention concerne aussi une machine électrique tournante polyphasée de véhicule automobile apte à fonctionner en génératrice comprenant un dispositif de régulation présentant les caractéristiques spécifiées ci-dessus. -3- Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par le dispositif de régulation selon l'invention, par rapport à l'état de la technique antérieur. Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS. io La Figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de régulation d'une machine électrique tournante polyphasée de véhicule automobile, comprenant un bloc numérique de traitement et un bloc analogique de commande, connu de l'état de la technique. La Figure 2 est un schéma synoptique montrant l'agencement du bloc 15 numérique de traitement et du bloc analogique de commande dans un dispositif de régulation d'une machine électrique tournante polyphasée de véhicule automobile selon l'invention. La Figure 3 est un diagramme montrant le fonctionnement d'un circuit de maintien de tension à capacité d'autarcie inclut dans le dispositif de régulation 20 selon l'invention. La Figure 4 montre une forme de réalisation particulière du circuit de maintien de tension avec capacité d'autarcie inclut dans le dispositif de régulation selon l'invention. 25 DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION. Le schéma synoptique de la Figure 1 concerne un dispositif de l'état de la technique dans lequel sont inclus différents éléments du type de dispositif de régulation 1, 2 concerné par l'invention. Ce dispositif de régulation 1, 2 comprend essentiellement deux parties 1, 2 : 30 à savoir, un circuit de contrôle 1 et une électronique de puissance 2 comportant des transistors 8 de type MOSFET (transistor à effet de champ à grille isolée) de contrôle du courant d'excitation +EXC,-EXC appliqué au bobinage d'excitation 3 de -4- la machine électrique tournante. On notera que les circuits 1 et 2 peuvent être réalisés sous la forme d'un ASIC unique de type dit monolithique. Le circuit de contrôle 1 comprend notamment : - un bloc numérique de traitement 9 comprenant un circuit de commande numérique 4 et un système d'horloges temps réel 5 ; et - un bloc analogique de commande 10 comprenant un générateur 6 d'impulsions PWM, dont le rapport cyclique RC est déterminé par le circuit de commande numérique 4 ; et un circuit d'adaptation de signal 7 dit « driver » de ces impulsions PWM produisant les signaux de commande io EXC des transistors 8 de l'électronique de puissance 2. On notera ici que le circuit 7 peut comprendre un amplificateur et un circuit à pompe de charge. La valeur de consigne de la boucle de régulation est ici fixée via un circuit d'interface relié à travers une ligne de communication COM à une unité de contrôle 15 moteur (non représentée) du véhicule. Le bloc numérique de traitement 9, constitué par le circuit de commande numérique 4 et le système d'horloges 5, et le bloc analogique de commande 10, constitué par le générateur 6 d'impulsions PWM et son circuit d'adaptation de signal 7, sont alimentés en parallèle par le réseau électrique de bord B+. 20 En général, la tension minimale de fonctionnement du circuit de contrôle 1 d'un régulateur 1, 2 est comprise entre 5V et 8V. Certaines perturbations transitoires sur le réseau électrique de bord B+ produisent des « trous » de tension, ou microcoupures, dont le niveau descend sous la tension minimale de fonctionnement du régulateur 1, 2, et qui peuvent être 25 la cause de dysfonctionnements. Conformément à l'invention, Il est mis en place dans le circuit de contrôle 1 un système de mise en autarcie électrique du bloc numérique de traitement 9 autorisant un fonctionnement satisfaisant du régulateur 1, 2, même en cas de microcoupures du réseau électrique de bord B+. 30 La Figure 2 montre schématiquement une solution technique à ce problème consistant, selon l'invention, en la mise en place dans le circuit de contrôle 1 d'un système de mise en autarcie électrique 11 de telle sorte que le bloc numérique de traitement 9 reste alimenté sous une tension d'alimentation avec autarcie VO même pendant des microcoupures du réseau de bord B+. -5- Le système de mise en autarcie électrique 11 comprend un circuit 110 de maintien de tension à capacité d'autarcie C et un circuit 111 de gestion d'autarcie. L'invention permet avantageusement d'utiliser une capacité d'autarcie C de faible valeur, par exemple, de l'ordre de 600 pF dans une forme de réalisation particulière. Cela est rendu possible, comme cela apparaîtra plus clairement par la suite, d'une part, par le fait que la tension d'alimentation est maintenue, au moyen de la capacité C, uniquement pour le bloc numérique 11 et, d'autre part, par la gestion d'autarcie effectuée par le circuit 111. On notera ici que la faible valeur de capacité d'autarcie autorisée par l'invention permet une intégration aisée de cette io capacité C dans un régulateur selon l'invention réalisé sous la forme d'un ASIC. Le circuit de maintien de tension avec autarcie 110 comporte ici, dans cette forme de réalisation particulière, la capacité d'autarcie C, une diode D, une résistance R et une diode de Zener Z. La diode D est une diode anti-retour entre la capacité C et le réseau 15 électrique de bord B+. Cette diode D prévient la décharge de cette capacité C sur le réseau B+ pendant les microcoupures et perturbations électriques. La résistance R et la diode de Zener Z assurent un écrêtage et une limitation de la tension d'alimentation avec autarcie VO. La stratégie de gestion d'autarcie mise en oeuvre au moyen du circuit de 20 gestion d'autarcie 111 est maintenant décrite en référence aussi à la Figure 3. Comme le montre le diagramme de la Figure 3, cette stratégie consiste à mettre en oeuvre dans le système de mise en autarcie 11 des moyens d'arrêt 12 du système d'horloges 5 du bloc numérique de traitement 9 quand la tension d'alimentation avec autarcie VO ne peut plus être maintenue par le circuit de 25 maintien de tension avec autarcie 110 à une valeur au moins égale à une tension d'alimentation de référence V1 du bloc numérique 9. La tension d'alimentation de référence V1 du bloc numérique 9 est de l'ordre de 3V dans cette forme de réalisation particulière. L'arrêt des horloges fournies par le système d'horloges 5 fait passer le bloc 30 numérique 9, et notamment le circuit de commande numérique 4, dans un état de consommation négligeable. Dans cet état, les valeurs numériques contenues dans les registres du bloc numérique 9 sont sauvegardées intégralement. Cet état de consommation négligeable du bloc numérique 9 autorise, comme indiqué plus haut dans la description, l'utilisation d'une capacité d'autarcie C de faible valeur. -6- Le circuit de commande numérique 4 est alimenté par le circuit de maintien de tension avec autarcie 110 avec une amplitude de tension suffisante à la sauvegarde des valeurs numériques dans les registres jusqu'au moment où la tension d'alimentation avec autarcie VO chute en dessous d'une tension de réinitialisation de référence V2 du bloc numérique 9. Lorsque la tension d'alimentation avec autarcie VO chute en dessous de V2, des moyens de réinitialisation 13 que comportent le circuit de gestion d'autarcie 111 provoquent la réinitialisation du circuit de commande numérique 4. La tension de réinitialisation de référence V2 du bloc numérique 9 doit avoir io un niveau suffisant, généralement de l'ordre de 1V, pour que les registres du circuit de commande numérique 4 restent dans un état déterministe avant la réinitialisation. La Figure 4 montre une forme de réalisation perfectionnée 110' du circuit de maintien de tension avec autarcie, par rapport au circuit de la Figure 2. 15 Dans cette forme de réalisation, il est prévu un élément de commutation, tel qu'un transistor 15, et un comparateur 16 pour réguler à une valeur optimale la tension d'alimentation avec autarcie VO qui est obtenue aux bornes de la capacité C du circuit de maintien de tension avec autarcie 110'. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux seules formes de réalisation 20 particulières décrites dans la description. Notamment, les types de composants électroniques cités ne sont donnés qu'à titre d'exemples. La mise en oeuvre de tout autre type de composants ayant les mêmes fonctionnalités ne constituerait que des variantes de réalisation. Ces autres modes de réalisation ne sortiraient pas du cadre de la présente 25 invention dans la mesure où les caractéristiques du dispositif de régulation résultent des revendications ci-après. REVENDICATIONS1) Dispositif de régulation (1, 2) d'une machine électrique tournante polyphasée de véhicule automobile, du type de ceux aptes à asservir à une valeur de consigne prédéterminée une tension continue (B+) d'un réseau électrique de bord alimenté par ladite machine en contrôlant au moyen d'un bloc analogique de commande (10) un courant d'excitation (+EXC,-EXC) périodique présentant un rapport cyclique (RC) qui est déterminé par un bloc numérique de traitement (9) à partir d'une tension d'erreur entre ladite valeur de consigne prédéterminée et ladite tension io continue (B+) du réseau électrique de bord, caractérisé en ce qu'il comporte un système de mise en autarcie électrique (11) dudit bloc numérique de traitement (9), ledit système (11) comprenant des moyens de maintien de tension à capacité d'autarcie (110) pour fournir une tension d'alimentation avec autarcie (VO) alimentant exclusivement ledit bloc numérique de traitement (9) et des moyens de 15 gestion d'autarcie (111) pour gérer l'autarcie du bloc numérique de traitement (9) en fonction de l'amplitude de la tension d'alimentation avec autarcie (VO). 2) Dispositif de régulation (1, 2) d'une machine électrique tournante polyphasée de véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens 20 de gestion d'autarcie (111) comportent des moyens d'arrêt (12) d'au moins une horloge (5) dudit bloc numérique de traitement (9) quand ladite tension d'alimentation avec autarcie (VO) est inférieure à une tension d'alimentation de référence (V1) dudit bloc numérique (9). 25 3) Dispositif de régulation (1, 2) d'une machine électrique tournante polyphasée de véhicule automobile selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de gestion d'autarcie (111) comportent des moyens de réinitialisation (13) d'au moins un circuit de commande numérique (4) dudit bloc numérique de traitement (9) quand ladite tension d'alimentation avec autarcie (VO) est inférieure à 30 une tension de réinitialisation de référence (V2) dudit bloc numérique (9). 4) Dispositif de régulation (1, 2) d'une machine électrique tournante polyphasée de véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 précédentes,-8- caractérisé en ce que ladite capacité (C) desdits moyens de maintien de tension à capacité d'autarcie (110) est reliée audit réseau de bord (B+) par au moins une diode anti-retour (D). 5) Dispositif de régulation (1, 2) d'une machine électrique tournante polyphasée de véhicule automobile selon la revendication 4 précédente, caractérisé en ce que lesdits moyens de maintien de tension à capacité d'autarcie (110) comportent des moyens de limitation (R, Z) de ladite tension d'alimentation avec autarcie (VO). io 6) Dispositif de régulation (1, 2) d'une machine électrique tournante polyphasée de véhicule automobile selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de limitation comprennent au moins une diode Zener (Z). 7) Dispositif de régulation (1, 2) d'une machine électrique tournante polyphasée de 15 véhicule automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de maintien de tension à capacité d'autarcie (110) comportent des moyens de régulation (15, 16) de ladite tension d'alimentation avec autarcie (VO). 20 8) Dispositif de régulation (1, 2) d'une machine électrique tournante polyphasée de véhicule automobile selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation (15, 16) comprennent au moins un comparateur (16) et un élément de commutation (15) tel que transistor. 25 9) Machine électrique tournante polyphasée de véhicule automobile apte à fonctionner en génératrice comprenant un dispositif de régulation (1, 2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 précédentes.