Brevet FR2999361A1 — publié le 20140613

Domaine de l'invention La présente invention a pour objet un montage pour l'alimentation électrique d'un équipement d'un véhicule automobile. L'invention a également pour objet un procédé de gestion d'un tel montage. Etat de la technique Dans la construction automobile on utilise des montages de transistors en pont H pour de multiples applications. A cause des conditions d'environnement relativement brutales (température, varia- tions de température, humidité etc.) on utilise par exemple pour com- mander des moteurs à courant continu notamment dans le domaine de la libre d'entraînement (par exemple les commandes de volets d'étranglement, les systèmes de recyclage des gaz d'échappement, des commandes variable de soupapes, les turbocompresseurs à géométrie variable ou autres) généralement des circuits intégrés monolithiques appelés ci-après pont H, encore appelé pont en H, intégré, composant de pont H ou pont H, qui en plus d'un certain nombre de demi-ponts à transistors de commutation ont également des fonctions internes de commande et de surveillance notamment pour la limitation interne du courant et pour la roue libre active automatique. La limitation interne assure que le courant fourni par un demi-pont du pont H aux composants branchés soit automatiquement limitée à une certaine valeur (en général par la commande de modulation de largeur d'impulsion MLI (commande PWM) du transistor côté haut. Dans le cas de la roue libre active, dans la phase passive (transis- tor côté haut coupé) la diode interne de roue libre est court-circuitée par le déblocage du transistor côté bas. Cela réduit la perte de puissance. Le circuit intégré à pont H (circuit IC à pont H) comporte une unité interne pour assurer de telles fonctions qui sont également reliés par une interface telle que par exemple une interface de Bus (par exemple un bus SPI). L'interface permet de lire la configuration et la commande des circuits intégrés de pont H et les données. Une structure intelligente dans le circuit intégré de pont H présente toutefois des difficultés car les demi-ponts de tels circuits intégrés de pont H ne peuvent être branchés en parallèle (entrées et sor- ties en parallèle) car on peut alors avoir des intensités de courant transversal non voulues, importantes entre les différentes demi-ponts, par exemple si en cas de surintensité, tous les demi-ponts ne sont pas en synchronisme en limitation de courant (c'est-à-dire s'il ne sont pas simultanément branchés ou coupés. Mais dans certaines situations, par exemple pour de fortes intensités et/ou de fortes températures il est souhaitable de faire fonctionner deux ou plusieurs tels demi-ponts en parallèle. Précisément dans le cas des véhicules automobiles, on rencontre par endroits des lo températures très élevées mais plus la température ambiante est élevée et plus faible sera la puissance que les demi-ponts pourront fournir aux unités branchées. Comme en outre la puissance perdue dans les demi-ponts est limitées par la structure monolithique, en cas de forte demande de courant de l'équipement branché ou dans le cas de 15 l'utilisation de tels circuits intégrés à pont H, sous de fortes tempéra- tures ambiantes, il est avantageux de brancher en parallèle deux ou plusieurs demi-ponts. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention a pour objet un montage 20 montage pour l'alimentation électrique d'un équipement d'un véhicule automobile comportant au moins deux demi-ponts branchés en parallèle ayant chacun deux transistors, chacun des deux demi-ponts étant intégré dans un composant de circuit à pont H qui a une unité de calcul intégrée pour activer ou neutraliser la roue libre active d'un demi-pont 25 intégré en fonction du signal d'activation. L'invention utilise le fait qu'un montage en parallèle de deux demi-ponts formés de circuits intégrés de pont H ne conduit des courants transversaux non voulus que si dans le cas de situation de surintensité tous les demi-ponts ne sont pas en synchronisme en mode 30 de limitation d'intensité car du fait de la roue libre active automatique, le transistor côté bas du demi-pont passe en limitation de courant et forme ainsi un court-circuit avec un transistor côté haut d'un demi-pont parallèle sans limitation d'intensité. Ainsi, en évitant un fonctionnement en roue libre actif, on peut avoir un montage en parallèle. L'invention a l'avantage de décrire une possibilité de faire fonctionner en parallèle deux ou plusieurs demi-ponts de circuits intégrés à pont H, intelligents dans les véhicules automobiles. Néanmoins, les fonctions de commande et de surveillance des circuits intégrés à pont H restent conservées. La perte de puissance dégagée dans les ponts H branchés en parallèle est réduite à un très faible niveau. L'invention propose des circuits intégrés à pont H per- mettant de neutraliser sélectivement le mode roue-libre actif ce qui permet de faire fonctionner en parallèle deux ou plusieurs demi-ponts mais en limitation interne de l'intensité. La possibilité de neutralisation peut se faire par une configuration appropriée de l'unité de calcul interne du circuit intégré à pont H, par exemple par la description d'un registre de configuration, par exemple par un bus SPI. L'invention se traduit par une température plus basse (moyenne) de l'électronique et un meilleur rendement. On augmente l'excursion possible de température pour des pointes transitoires de puissance. On améliore la dynamique (moyenne) du système et l'application est plus robuste même pour des températures ambiantes élevées. Grâce aux pointes de puissance plus élevées, l'équipement branché par exemple le volet d'étranglement peut également fonctionner avec une meilleure dynamique ce qui se répercute positivement sur la dynamique globale du système. Un circuit intégré à pont H caractéristique comprend deux ou plusieurs demi-ponts avec chaque fois une prise moyenne et l'équipement branché est raccordé entre deux prises médianes ou entre une prise médiane et la masse. Pour un montage en parallèle de demi-pont, seul un demi-pont ou un ou plusieurs autres demi-ponts sont branchés en parallèle. De façon avantageuse, le module à alimenter peut également être branché entre deux circuits intégrés à pont H dans lesquels au moins deux demi-ponts son branchés en parallèle. De façon avantageuse, le mode de roue libre actif du premier demi-pont n'est neutralisé que si au moins un second demi-pont branché en parallèle se trouve dans la limitation de courant. De façon avantageuse, le mode de roue libre actif de tous les demi-ponts branchés en parallèle est activé ou est neutralisé en fonction du courant à fournir à l'équipement branché. Cela réduit la puissance perdue générée par la roue libre active qui a été neutralisée. De façon préférentielle, la roue libre active est activé et neutralisée de manière externe et pour cela, avantageusement le circuit de pont H a une entrée correspondante. L'entrée est réalisée séparément ou dans le cadre d'une interface de bus (par exemple SPI). L'activation/neutralisation peut se faire par l'inscription/effacement d'un registre interne de configuration. L'activation et la neutralisation de la roue libre se fait alors de façon préférentielle par une unité subordonnée, de préférence un microcalculateur ou un appareil de commande. Selon un développement préférentiel, dans un mode de fonctionnement notamment pour une fourniture réduite de puissance (« mode économique ») de l'équipement branché, tous les demi-ponts branchés en parallèle seront coupés sauf l'un de ceux-ci, de façon à répondre à cette faible demande de puissance par un seul demi-pont, de manière optimale. Pour une demande de puissance plus forte (mode de puissance) selon un autre mode de fonctionnement on active en paral- lèle d'autres demi-ponts avec la roue libre neutralisée. Une valeur de transition au seuil approprié entre les deux modes de fonctionnement dépend de l'application ou des modules. On peut par exemple calculer au préalable ou avec les puissances de perte, la valeur transitoire qui est avantageusement enregistrée dans une unité principale. De façon préférentielle, les demi-ponts sont activés et neutralisés de manière externe et pour cela avantageusement au moins un circuit intégré à pont H comporte une entrée appropriée. L'entrée peut être réalisée séparément ou dans le cadre d'une interface de bus (par exemple SPI). L'activation/neutralisation peut se faire par exemple par l'enregistrement/effacement d'un registre interne de configuration. Une unité de calcul selon l'invention, par exemple un ap- pareil de commande d'un véhicule automobile est conçu en technique de programmation pour appliquer le procédé de l'invention. L'implémentation du procédé sous la forme d'un programme est une solution avantageuse car les coûts engendrés sont particulièrement réduits notamment s'il s'agit d'un appareil de commande utilisé également pour d'autres fonctions et qui existe de toute façon. Des supports de données appropriés pour le programme d'ordinateur sont notamment des disquettes, des disques durs, des mémoires Flash, des mémoires EEPROM, des CD-ROM, des DVD ou autres. On peut également télécharger un programme par un réseau d'ordinateur (Inter-net, Intranet ou autre). Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation de circuits d'alimentation d'un équipement de véhicules automobiles représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre le montage selon l'invention d'un mode de réalisa- tion préférentiel d'alimentation d'un équipement, - la figure 2 montre les puissances perdues dans les diodes de roue libre de transistor pendant le fonctionnement de l'équipement. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un mode de réalisation préférentiel d'un montage 100 selon l'invention pour l'alimentation électrique d'un équipement 200. L'équipement 200 est un entraînement électrique (moteur à courant continu M avec une transmission) d'un dispositif d'étranglement électrique d'un véhicule automobile. Le montage 100 fait partie du dispositif d'étranglement électrique qui régule l'alimentation en air de la tubulure d'admission d'un moteur à essence. Ce dispositif comprend un volet d'étranglement à moteur électrique et capteur angulaire. La commande de moteur 10 calcule l'ouverture néces- saire du volet d'étranglement en fonction de la position de la pédale d'accélérateur. Le moteur à courant continu règle l'arbre du volet d'étranglement par la transmission et dose ainsi la quantité d'air. Par le dosage précis de l'air, le dispositif d'étranglement commande le couple fourni par le moteur et ainsi la puissance fournie. Le montage 100 comprend deux composants de circuit à pont H, identiques aux circuits intégrés 110, 120 ; chaque composant à deux demi-ponts 111, 112 ou 121, 122. Chaque circuit intégré à pont H 110, 120 comporte en outre une unité de calcul 113, 123 pour com- mander les transistors des demi-ponts. L'unité de calcul commande les transistors des demi-ponts selon les indications appliquées aux bornes de commande 114, 114', 115, 115', 116, 116' ou 124, 124', 125, 125', 126, 126' pour les signaux appliqués à ces bornes. Chacun des circuits intégrés à pont H, 110, 120 comporte pour chaque demi-pont un bran- chement (indiqué à la figure par une référence non primée et avec une référence primée) et dans le présent exemple, il y en a toujours deux. Chacun des transistors a une diode de roue libre en parallèle. Mais il peut également s'agir d'une diode de roue libre intrinsèque (par exemple dans le cas d'un transistor MOS) ou d'éléments distincts (par exemple dans des composants IGBT). Les branchements 114, 114' ou 124, 124' peuvent être les entrées de commande par exemple pour prédéfinir les instants de commutation ; dans le cas des branchements 115, 115' ou 125, 125' il peut s'agir d'entrée et de limitation de courant pour prédéfinir une in- tensité maximale autorisée ; les branchements 116, 116' ou 126, 126' sont par exemple les entrées de roue libre pour neutraliser une roue libre active dans les circuits intégrés à pont H 110 ou 120. Ces branchements sont reliés à l'appareil de commande de moteur 10 qui dans le cadre de l'invention commande de manière appropriée le circuit. Chacun des circuits intégrés à pont H 110, 120 de chaque demi-pont comporte une borne de sortie 119, 119' ou 129, 129' comme borne médiane entre deux transistors et sur lesquels se branchent les équipements à alimenter. Dans le montage représenté, on a chaque fois deux demi- ponts 111, 112 ou 121, 122 branchés en parallèle pour que leur bran- chement de commande d'entrée et de sortie soit en parallèle. Le dispositif d'étranglement électrique 200 est ainsi relié entre les bornes de sortie 119, 119' sur un côté et celles 129, 129' sur l'autre côté. Chacun des circuits intégrés à pont H 110, 120 comporte également des bornes d'alimentation 117, 118 ou 127, 128 pour l'alimentation en courant. Ces bornes son reliées au réseau embarqué du véhicule. L'appareil de commande de moteur 10 commande le cir- cuit 100. Selon un développement préférentiel, pour une demande de puissance réduite (mode économique) appliquée au dispositif d'étranglement électrique 200, on coupe les demi-ponts branchés en parallèle 112, 122 (par la mise à zéro du temps de commande) ; ici on peut prévoir que tous les branchements de commande ne seront pas branchés en parallèle pour que certains demi-ponts restent non utilisés. Cela permet de fournir la faible demande de puissance par seulement les demi-ponts 111 et 121. Pour une demande de puissance plus forte (mode de puissance) on active les demi-ponts 112, 122 en parallèle et on neutralise le mode de roue libre des demi-ponts. Le seuil de puissance entre le mode économique et le mode de puissance se détermine en fonction de l'application. Par exemple la figure 2 montre des puis- sances perdues sur les diodes de roue libre des transistors en fonction d'un signal de commande à modulation de largeur d'impulsion PWM pour le fonctionnement d'un dispositif d'étranglement électrique pris à titre d'exemple, PWM = 100 % ce qui signifie un branchement perma- nent du transistor côté haut d'un demi-pont. Le graphe 301 donne la puissance perdue pour chaque fois deux demi-ponts en parallèle sur les deux côtés du moteur à courant continu M du dispositif d'étranglement électrique le graphe 302 correspond à la puissance perdue dans chaque fois un demi-pont des deux côtés du moteur à courant continu M du dispositif d'étranglement électrique. On voit que les deux graphes se coupent au point 303. Pour une modulation PMW inférieure à 303, la puissance perdue 302 est plus petite (ici seul un demi-pont fonctionne avantageuse en mode économique) et pour une modulation PWM supérieure à 303, la puissance perdue 301 est inférieure (ici on fait avantageusement fonctionner les deux demi-pont en « mode de puissance »).35 100 120 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 110, 112, 123 119', 111, 113, 119, 200 121, 122 Circuit d'alimentation d'un équipement 129, 129' Composant de pont H Demi-ponts Unité de calcul intégrée Prises médianes Equipement10 REVENDICATIONS1°) Montage (100) pour l'alimentation électrique d'un équipement (200) d'un véhicule automobile comportant au moins deux demi-ponts (111, 112 ; 121, 122) branchés en parallèle ayant chacun deux transistors, chacun des deux demi-ponts (111, 112 ; 121, 122) étant intégré dans un composant de circuit à pont H (110, 120) qui a une unité de calcul (113, 123) intégrée pour activer ou neutraliser la roue libre active d'un demi-pont intégré (1 1 1, 112, 121, 122) en fonction du signal d'activation. 2°) Montage (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de calcul intégrée (113, 123) limite le courant dans le demi-pont intégré (111, 112 ; 121, 122). 3°) Montage (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'équipement (200) comporte deux bornes d'alimentation dont l'une est reliée à la prise médiane (119, 119', 129, 129') d'au moins deux demi- ponts (111, 112, 121, 122) branchés en parallèle. 4°) Montage (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' Il comporte au moins deux autres demi-ponts (111, 112 ; 12 1, 122) branchés en parallèle ayant chacun deux transistors, chacun des deux autres demi-ponts (111, 112, 121, 122) étant intégré dans un composant de circuit à pont H (110, 120), et une autre prise médiane (119, 119', 129, 129') d'au moins deux autres demi-ponts branchés en parallèle (111, 112, 121, 122) sont reliés électriquement. 5°) Montage (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant à pont H (110, 120) comporte une borne (116, 116', 126, 126') pour activer et neutraliser de manière externe, la roue libre du demi-pont intégré.6°) Montage (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'équipement (200) est un équipement à courant continu notamment un moteur à courant continu. 7°) Procédé de gestion d'un circuit (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans un premier mode de fonctionnement, au moins deux demi-ponts branchés en parallèle (111, 112 ; 121, 122) alimentent l'équipement (200) et la roue libre active d'au moins deux demi-ponts (111, 112, 121, 122) est neutralisé. 8°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans le second mode de fonctionnement, seul l'un des demi-ponts (111, 112, 121, 122) branché en parallèle alimente l'équipement (200). 9°) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la roue libre n'est pas neutralisée pour au moins deux demi-ponts (111, 112, 121, 122). 10°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier ou le second mode de fonctionnement sont prédéfinis en fonction d'une puissance perdue sur au moins deux demi-ponts (111, 112, 121, 122) branchés en parallèle. 11°) Unité de calcul (10) appliquant un procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que dans un premier mode de fonctionnement, au moins deux demi-ponts branchés en parallèle (111, 112 ; 121, 122) alimentent l'équipement(200) et la roue libre active d'au moins deux demi-ponts 111, 112, 121, 122) est neutralisé. 12°) Programme d'ordinateur comportant des codes programmes pour une unité de calcul pour appliquer un procédé selon l'une des revendi- cations 7 à 10 lorsque le procédé est appliqué par une unité de calcul notamment selon la revendication 11. 13°) Support de mémoire lisible par une machine comportant un pro- gramme d'ordinateur selon la revendication 12.15