Brevet FR3046891A1 — publié le 20170721

La présente invention concerne un dispositif électronique du type pilote à commutation, apte à piloter une charge. Dans le domaine des pilotes à commutation, il est connu, en plus de la fonction principale de pilotage d'une charge, d'ajouter des moyens de diagnostic 5 électrique, tels qu'un moyen de détection d'un circuit ouvert, un moyen de détection d'un court-circuit à la masse, un moyen de détection d'un dépassement de courant ou court-circuit batterie, un moyen de détection d'un dépassement de température, etc. Ceci est avantageux afin de détecter au plus tôt un problème de câblage pouvant endommager la charge ou le pilote, et/ou empêcher une réalisation satisfaisante de la fonction dévolue à 10 la charge. Cependant, si lors d'une première monte ou lors d'un remplacement de la charge, une charge présentant une impédance hors spécifications est montée, ceci peut passer inaperçu, alors même que la fonction attendue de la charge risque de ne pas pouvoir être réalisée et/ou que les performances ne puissent être atteintes. 15 Aussi la présente invention se propose de remédier à ce problème en ajoutant à un pilote à commutation un moyen d'estimation de l'impédance de la charge et la possibilité de l'appliquer à une vérification de la valeur de l'impédance de la charge. L'invention a pour objet un dispositif électronique de type pilote à commutation, comprenant au moins un commutateur et une charge pilotée connectés en 20 série entre un potentiel élevé et un potentiel faible, comprenant encore un moyen d'estimation de l'impédance de la charge. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend encore un moyen de vérification que l'impédance de la charge présente une valeur nominale, par comparaison de l'impédance estimée à une impédance nominale. 25 Selon une autre caractéristique, le moyen d'estimation de l'impédance comprend un moyen d'estimation du courant au travers de la charge et un moyen d'estimation du temps de variation dudit courant. Selon une autre caractéristique, le moyen d'estimation du courant au travers de la charge comprend une résistance de mesure connectée en série avec la charge, et 30 le moyen d'estimation du temps de variation dudit courant comprend un seuil, un comparateur apte à comparer une variation de tension de la résistance de mesure avec ledit seuil et un moyen de comptage piloté par ledit comparateur. Selon une autre caractéristique, le moyen de comptage comprend un compteur incrémenté par une horloge et stoppé par le comparateur lorsque la variation de 3046891 2 tension de la résistance de mesure égale le seuil, la valeur atteinte par le compteur étant une estimation de l'impédance. Selon une autre caractéristique, le seuil correspond à un courant strictement inférieur au courant maximum pouvant circuler au travers de la charge. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend encore un sélecteur configurable de manière à fournir un nombre de valeurs pour le seuil au moins égal à 1, de préférence égal à 4. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend encore un moyen de configuration apte à piloter le sélecteur afin de configurer la valeur du seuil. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels : - la figure 1 présente un premier mode de réalisation d'un pilote à commutation, du type LSD, selon l'art antérieur, - la figure 2 présente un autre mode de réalisation d'un pilote à commutation, du type HSD, selon l'art antérieur, - la figure 3 présente un pilote à commutation, du type LSD, selon l'invention. Tel qu'illustré aux figures 1 - 3, un pilote à commutation 1 est un dispositif électronique. Sa fonction de base est le pilotage d'une charge 3. Pour cela, le pilote à commutation 1 comprend au moins un commutateur 2. Un commutateur 2 s'entend ici d'un composant électronique apte à sélectivement ouvrir ou fermer un contact de manière à ouvrir ou fermer un circuit électrique piloté. Un commutateur 2 est avantageusement commandable de manière électrique, tout en assurant une isolation entre le circuit électrique de commande et le circuit électrique piloté. Le circuit électrique piloté comprend la charge 3. Un commutateur 2 est typiquement implémenté au moyen d'un transistor ou équivalent. Afin de réaliser la fonction de base de pilotage de la charge 3, ledit au moins un commutateur 2 et ladite charge 3 pilotée sont connectés en série. Ils sont encore 30 connectés entre un potentiel élevé +V et un potentiel faible -V. Sur les figures, le potentiel élevé +V est issu d'une batterie bat et le potentiel faible -V est la masse. La fermeture du commutateur 2, soumet la charge 3 à une différence de potentiel, égale à la différence entre le potentiel élevé +V et le potentiel faible -V. Ceci permet, le cas échéant, l'établissement d'un courant au travers de la charge 3. La 35 commande appliquée au commutateur 2 est typiquement un signal tout-ou-rien, par exemple un signal à modulation de largeur d'impulsion (en anglais « Pulse Modulation Width » ou PWM). 3046891 3 La figure 1 illustre plus particulièrement un pilote à commutation 1 où un unique commutateur 2 est connecté entre la charge 3 et le potentiel faible -V ou masse. On parle alors de pilote à mise au niveau bas (en anglais « Low Side Driver » ou LSD). La figure 2 illustre plus particulièrement un pilote à commutation 1 où un 5 unique commutateur 2 est connecté entre la charge 3 et le potentiel élevé +V ou batterie. On parle alors de pilote à mise au niveau haut (en anglais « High Side Driver » ou HSD). D'autres types de pilote à commutation 1, non représentés, existent (pont en H, etc.) et sont susceptibles d'être modifiés selon les enseignements de l'invention. En plus de la fonction de base de pilotage, d'autres fonctions optionnelles de 10 diagnostic peuvent, de manière connue, être intégrées dans un pilote à commutation 1. Ainsi, par exemple, l'ensemble 12 permet de réaliser une fonction de détection d'un dépassement de courant, l'ensemble 13 permet de réaliser une fonction de détection d'une ouverture du circuit piloté, et l'ensemble 14 permet de réaliser une fonction de détection d'un court-circuit à la masse du circuit piloté. 15 Le principe de l'ensemble 12 consiste au moyen d'un comparateur à comparer une tension aux bornes d'une résistance de mesure disposée en série avec la charge 3 et donc indicative du courant I traversant la charge 3 à une tension indicative d'un courant loc. Lorsque le comparateur détecte que les deux tensions sont identiques le courant I dans la charge 3 est égal au courant loc. Le but est ici de détecter un 20 dépassement de courant avant de détériorer la charge 3 ou le pilote 1. Aussi le courant loc, via la tension correspondante, est déterminé égal au courant maximum que peut supporter le commutateur 2 et/ou la charge 3. Les principes des ensembles 13 et 14 sont similaires en comparant directement des tensions. Cependant, particulièrement pour une charge 3 inductive (vanne, pompe, 25 relais, injecteur, etc.), de tels diagnostics ne permettent pas toujours de détecter une impédance hors spécifications. Hormis les cas particulier d'une impédance vraiment très forte (infinie) qui peut occasionner un diagnostic de circuit ouvert ou d'une impédance vraiment très faible (quasi nulle) qui peut occasionner un diagnostic de dépassement de courant, il n'est aujourd'hui pas possible de diagnostiquer une charge 3 présentant une impédance hors spécifications. Selon l'invention, plus particulièrement illustrée par la figure 3, appliquée ici à un pilote de type LSD, un dispositif électronique 1 de type pilote à commutation peut être modifié en ce qu'il lui est intégré un moyen d'estimation de l'impédance de la charge 3. L'ajout d'un tel moyen d'estimation de l'impédance est avantageux en ce qu'il 35 est possible d'obtenir, et ce avantageusement in situ, une estimation de l'impédance de la charge 3. 3046891 4 Si, de plus, le pilote à commutation 1 est configuré pour connaitre l'impédance nominale de la charge 3 et comprend un moyen de comparaison, ceci permet de comparer l'impédance estimée avec l'impédance nominale, de détecter au plus tôt si la charge 3 présente une impédance hors spécifications, et ainsi informer d'un risque de 5 dysfonctionnement de la charge 3 tel qu'elle ne puisse réaliser sa fonction ou du moins pas avec les performances attendues. Un principe qui peut être utilisé pour estimer l'impédance consiste à mesurer une variation de courant en un temps donné ou, ce qui est équivalent, un temps nécessaire à obtenir une variation donnée de courant. Pour cela, le dispositif 10 électronique 1 comprend un moyen 4 d'estimation du courant I au travers de la charge 3 et un moyen 5, 6, 7, 8 d'estimation du temps de variation dudit courant. Selon un mode de réalisation, le moyen d'estimation 4 du courant I au travers de la charge 3 comprend une résistance de mesure 4 connectée en série avec la charge 3. La résistance de mesure 4 convertit le courant I traversant la résistance de 15 mesure 4, et donc aussi la charge 3, en une tension proportionnelle. Selon la loi d'Ohm, le facteur de proportionnalité est la résistance de la résistance de mesure 4. Cette tension indicative du courant I est comparée avec une tension seuil 7 par un comparateur 5. La tension seuil 7 est choisie pour être indicative d'un courant ldi donné. La sortie du comparateur 5 change lorsque ses deux entrées sont égales, soit 20 lorsque la tension issue de la résistance de mesure 4, et indicative du courant I, devient égale à la tension seuil 7 indicative du courant ldi. Au début, le commutateur 2 est ouvert. Le courant I au travers de la charge 3 est donc nul. Tout commence lorsque le commutateur 2 est fermé. L'application de tension qui s'ensuit provoque l'établissement d'un courant I au travers de la charge 3, 25 croissant en fonction du temps. Le comparateur 5 permet de déterminer une variation du courant I entre une valeur initiale nulle et la valeur ldi, soit une variation d'amplitude ldi. Le moyen 5, 6, 7, 8 d'estimation du temps de variation comprend encore un moyen de comptage 6, 8. Ce moyen de comptage 6, 8 est initialisé à l'origine du temps, 30 lors de la fermeture du commutateur 2. Le moyen de comptage 6, 8 compte régulièrement à partir de son initialisation. Selon un mode de réalisation, le moyen de comptage 6, 8 comprend un compteur 6 incrémenté par une horloge 8. Avantageusement, le compteur 6 est dimensionné en fonction de l'incrément de l'horloge 8 et de manière corrélée avec l'ordre de grandeur attendue du temps de 35 réponse en courant de la charge 3, tout en conservant un compteur 6 de taille raisonnable. 3046891 5 Selon un mode de réalisation, l'horloge 8 est issue, directement ou par dérivation, d'un signal de liaison série disponible, tel une connexion SPI, typiquement utilisée par un calculateur pour communiquer avec le pilote à commutation 1, typiquement pour réaliser sa configuration. 5 Le moyen de comptage 6, 8 est arrêté par le comparateur 5 lorsque sa sortie change, indiquant que le courant I est égal au courant ldi. La valeur atteinte par le moyen de comptage 6, 8 est alors indicative du temps mis par le courant I pour effectuer une variation d'amplitude ldi. Cette valeur de temps est une estimation de l'impédance de la charge 3. /0 Ainsi, par exemple, pour une charge 3 inductive, présentant une résistance R et une impédance L, la variation du courant I en fonction du temps t est donnée par la E( t relation I -- 1-e , où E est la tension appliquée au bornes de la charge 3, r une constante de temps définie par I" = -L et e la fonction exponentielle. En inversant cette relation, il est possible de déterminer la valeur du temps t 15 pour que la charge 3 voit son courant varier de I et que l'on peut estimer. La relation IR inverse est t avec In la fonction logarithme népérien. E ) Afin d'application numérique illustrative, les valeurs suivantes sont utilisées : E est la tension batterie, égale à 12 V, la charge 3 présente une résistance R égale à 5 0 et une inductance de 20 mH. Soit une constante de temps r de 4 ms. 20 Avec une telle constante de temps, le dimensionnement du moyen de comptage 6, 8 doit être tel qu'il soit apte à compter le temps t de 0 à r, préférentiellement de 0 à p.T, avec 1 REVENDICATIONS1. Dispositif électronique (1) de type pilote à commutation, comprenant au moins un commutateur (2) et une charge (3) pilotée connectés en série entre un potentiel élevé (+V) et un potentiel faible (-V), caractérisé en ce qu'il comprend encore un moyen d'estimation de l'impédance de la charge (3) et un moyen de vérification que l'impédance de la charge (3) présente une valeur nominale par comparaison de l'impédance estimée à une impédance nominale. 2. Dispositif électronique (1) selon la revendication 1, où le moyen d'estimation de l'impédance comprend un moyen (4) d'estimation du courant au travers de la charge (3) et un moyen (5, 6, 7, 8) d'estimation du temps de variation dudit courant. 3. Dispositif électronique (1) selon la revendication 2, où le moyen (4) d'estimation du courant au travers de la charge (3) comprend une résistance de mesure (4) connectée en série avec la charge (3), et où le moyen (5, 6, 7, 8) d'estimation du temps de variation dudit courant comprend un seuil (7), un comparateur (5) apte à comparer une variation de tension de la résistance de mesure (4) avec ledit seuil (7) et un moyen de comptage (6, 8) piloté par ledit comparateur (5). 4. Dispositif électronique (1) selon la revendication 3, où le moyen de comptage (6, 8) comprend un compteur (6) incrémenté par une horloge (8) et stoppé par le comparateur (5) lorsque la variation de tension de la résistance de mesure (4) égale le seuil (7), la valeur atteinte par le compteur (6) étant une estimation de l'impédance. 5. Dispositif électronique (1) selon l'une des revendications 3 ou 4, où le seuil (7) correspond à un courant strictement inférieur au courant maximum pouvant circuler au travers de la charge (3). 6. Dispositif électronique (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, comprenant encore un sélecteur (9) configurable de manière à fournir un nombre (n), au 25 moins égal à 1, de valeurs pour le seuil (7). 7. Dispositif électronique (1) selon la revendication 6, où le nombre (n) de valeurs pour le seuil (7) est égal à 4. 8. Dispositif électronique (1) selon l'une des revendications 6 ou 7, comprenant encore un moyen de configuration (10) apte à piloter le sélecteur (9) afin de configurer la 30 valeur du seuil (7).