Brevet FR3047815A1 — publié le 20170818

B14534 FR - 15-GR2-0325 1 DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN COURANT DANS UNE CHARGE DE CARACTÉRISTIQUE COURANT-TENSION INCONNUE Domaine La présente demande concerne de façon générale les circuits électroniques et plus particulièrement les dispositifs 5 de commande de courant pour des charges dont la caractéristique courant - tension n'est pas connue. Exposé de l'art antérieur Les dispositifs de commande de courant pour des charges inconnues comprennent généralement une source de courant qui 10 impose le courant dans la charge et une résistance qui permet de réguler le courant dans la charge inconnue. Cette résistance induit une déperdition énergétique importante. Il existe donc un besoin d'amélioration des performances énergétiques des dispositifs de commande de courant pour des 15 charges inconnues. Résumé Ainsi, un mode de réalisation prévoit d'améliorer la consommation électrique des dispositifs de commande de courant pour des charges de caractéristique courant-tension inconnue. 3047815 B14534 FR - 15-GR2-0325 2 Un mode de réalisation prévoit un procédé de commande d'un courant traversant une charge comprenant les étapes suivantes : appliquer une première fonction de transfert 5 représentative de la charge à une première tension pour obtenir une deuxième tension ; - appliquer la deuxième tension à une première borne d'un circuit de génération dudit courant ; - prélever une troisième tension entre des première et 10 deuxième bornes de la charge ; - comparer la troisième tension à la deuxième tension ; et - déterminer le courant à fournir à la charge en fonction du résultat de la comparaison. 15 Selon un mode de réalisation, la première fonction de transfert est déterminée par les étapes suivantes : a) coupler la deuxième borne de la charge à une résistance reliée à une borne d'application d'une masse ; b) initialiser la première fonction de transfert ; 20 c) construire une deuxième fonction de transfert représentative de la charge en déterminant, pour plusieurs valeurs de la première tension, la valeur du courant pour lequel la valeur de la tension prélevée aux bornes de la charge est égale à la valeur de la première tension sur laquelle est appliquée la 25 première fonction de transfert ; d) utiliser une fonction inverse de la deuxième fonction pour mettre à jour la première fonction ; e) répéter les étapes c) et d) jusqu'à ce qu'une condition soit remplie ; 30 f) coupler la deuxième borne de la charge à la borne d'application de la masse. Selon un mode de réalisation, l'initialisation de la première fonction est effectuée de telle sorte que pour toute valeur de la première tension, la résultante de la fonction de 35 transfert soit la valeur de la tension de commande elle-même. 3047815 B14534 FR - 15-GR2-0325 3 Selon un mode de réalisation, l'initialisation de la première fonction est effectuée par une première estimation de la caractéristique de la charge. Selon un mode de réalisation, le calcul de la fonction 5 inverse de la deuxième fonction est effectué par un algorithme d'interpolation. Selon un mode de réalisation, le calcul de la fonction inverse de la deuxième fonction est effectué par le calcul de coefficients d'un polynôme. 10 Selon un mode de réalisation, l'étape c) comprend les étapes suivantes : cl) pour chaque valeur de la première tension, application de la première fonction pour obtenir la deuxième tension ; 15 c2) application de la deuxième tension sur la première borne d'entrée du circuit de génération du courant ; c3) application du courant dans la charge de telle sorte que la tension prélevée aux bornes de la charge soit égale à la deuxième tension ; 20 c4) prélèvement d'une quatrième tension aux bornes de la résistance ; c5) calcul du courant traversant la charge et la résistance en divisant la quatrième tension par la valeur de ladite résistance. 25 Selon un mode de réalisation, la condition est considérée comme remplie lorsqu'au moins le résultat d'une opération de composition de la première fonction par la deuxième fonction est égal approximativement à l'identité. Selon un mode de réalisation, les étapes a) à f) sont 30 répétées de façon périodique. Selon un mode de réalisation, les étapes a) à f) sont répétées lors d'un changement de conditions de fonctionnement. Selon un mode de réalisation, plusieurs premières fonctions sont déterminées en fonction de différentes conditions 35 de fonctionnement. 3047815 B14534 FR - 15-GR2-0325 4 Selon un mode de réalisation, la charge a sa première borne couplée à une borne de sortie du circuit de génération du courant, sa deuxième borne étant couplée à une borne d'application de la masse. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente un exemple de dispositif usuel de commande de courant dans une charge ; la figure 2 représente un mode de réalisation d'un dispositif de commande de courant dans une charge ; la figure 3 représente différentes étapes d'un procédé 15 d'apprentissage mis en oeuvre dans le mode de réalisation décrit par la figure 2 ; la figure 4 représente un exemple de micro-processeur exécutant des instructions du mode de réalisation de la figure 2 ou du procédé de la figure 3 ; et 20 la figure 5 représente une configuration du dispositif de la figure 2 en mode de fonctionnement standard. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Par souci de clarté, seuls 25 les éléments qui sont utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. Dans la présente description, on utilise le terme "connecté" pour désigner une liaison électrique directe, sans composant électronique intermédiaire, par exemple au moyen d'une ou 30 plusieurs pistes conductrices ou d'un ou plusieurs fils conducteurs, et le terme "couplé" ou le terme "relié", pour désigner soit une liaison électrique directe (signifiant alors "connecté") soit une liaison via un ou plusieurs composants intermédiaires (résistance, diode, condensateur, etc.) 3047815 B14534 FR - 15-GR2-0325 5 La figure 1 représente un exemple usuel de dispositif de commande de courant dans une charge dont la caractéristique courant-tension n'est pas connue. Le dispositif comprend un convertisseur de puissance (POWER CONVERTER) 101, une charge LOAD 5 et une résistance 102 de valeur R, en série entre une première borne 103 d'application d'un potentiel d'alimentation VCC et une borne 104 de connexion à la masse GND. Le convertisseur de puissance 101 comprend en outre une première borne d'entrée 105 sur laquelle est appliquée une tension de commande VCOM', une 10 seconde borne d'entrée 106 couplée à la borne de la résistance 102 non connectée à la masse et une borne de sortie 107 couplée à une borne 108 de la charge LOAD. La charge LOAD et la résistance 102 sont parcourues par le même courant ILOAD à l'erreur près du courant prélevé par la seconde borne d'entrée du convertisseur 101. L'erreur peut être nulle selon la nature de l'étage d'entrée relié à la borne 106. La valeur d'une tension VSENSE' aux bornes de la résistance 102 est égale au produit de la valeur du courant ILOAD par la valeur R de la résistance. La tension VSENSE' est donc une image du courant ILOAD traversant la charge LOAD. Lorsqu'une tension de commande VCOM' est appliquée sur la première borne d'entrée 105 du convertisseur de puissance, celui-ci compare cette tension à la tension VSENSE' présente sur sa deuxième borne d'entrée 106. Le convertisseur de puissance détermine ainsi la valeur du courant ILOAD délivré à la charge LOAD afin d'annuler la différence entre les tensions VCOM' et VSENSE'. Ce dispositif permet donc de commander le courant délivré dans une charge de caractéristique inconnue en fonction d'une tension de commande. L'inconvénient de ce dispositif est la déperdition énergétique due au courant traversant la résistance 102. Selon les modes de réalisation décrits ci-après, on prévoit donc de réduire les déperditions énergétiques dues à la 35 résistance. 3047815 B14534 FR - 15-GR2-0325 6 La figure 2 représente un mode de réalisation d'un dispositif de commande de courant dans une charge dont la caractéristique courant - tension est inconnue. Le dispositif comprend un convertisseur de puissance 201 5 (POWER CONVERTER), une charge LOAD et une résistance 202 de valeur R, en série entre une première borne 204 d'application d'un potentiel d'alimentation VCC et une borne 206 de connexion à la masse GND. Le convertisseur de puissance 201 comprend en outre une première borne d'entrée 208 sur laquelle est appliquée une 10 tension VCOMPPRED, une deuxième borne d'entrée 210 couplée à un capteur 212 de la valeur de la tension VLOAD aux bornes de la charge LOAD, et une borne 214 de sortie couplée à une borne 216 de la charge LOAD. Une autre borne 218 de la charge LOAD couplée à la résistance 202, est également couplée à une borne d'un 15 interrupteur 220 dont une autre borne est connectée à la masse. La première borne d'entrée 208 du convertisseur de puissance 201 est d'une part couplée à un bloc 222 (fpRED(VCOM)) qui applique une fonction de transfert fpRED sur une tension VCOM présente sur une borne d'entrée 224. La borne 208 est d'autre part 20 couplée à une borne 226 d'entrée d'un circuit 228 (LOOK-UP TABLE) donnant la correspondance entre une tension et un courant à partir d'une table stockée dans une mémoire interne ou externe au circuit 228. Le circuit 228 comprend une autre borne 230 d'entrée couplée à la borne 218 de la charge LOAD. Le circuit 228 peut comprendre 25 un ou plusieurs convertisseurs analogique-numérique afin de convertir les signaux analogiques présents à ses bornes d'entrées 226 et 230 en signaux numériques. D'autres modes de réalisation peuvent comprendre un ou des convertisseurs analogique-numérique externes. La charge LOAD et la résistance 202 sont parcourues par 30 le même courant ILOAD à l'erreur près du courant prélevé par la borne 230 d'entrée du circuit 228 de correspondance. La valeur du courant ILOAD est ainsi obtenue par la division d'une tension VSENSE aux bornes de la résistance 202 par la valeur R de la résistance : ILOAD = VSENSE/R. Le circuit 228 de correspondance 3047815 B14534 FR - 15-GR2-0325 7 fournit pour chaque valeur de VCOMPRED la valeur du courant ILOAD correspondant. Une borne de sortie du circuit 228 est couplée à une borne 236 d'entrée d'un bloc 232 de calcul (INTERPOLATION f-lLopp) 5 qui procède au calcul d'une fonction et de sa fonction inverse. Une borne de sortie du bloc de calcul 232 est couplée à une deuxième borne 234 d'entrée du bloc 222 d'application de la fonction de transfert fpRED. La figure 4 représente un exemple de micro-processeur 10 401 intégrant les blocs 222, 232 et le circuit 228 de la figure 2. Le micro-processeur comprend les bornes 224, 208, 226 et 230 de la figure 2. Le micro-processeur contrôle également l'état de l'interrupteur 220 de la même figure. La figure 3 représente différentes étapes d'un procédé 15 d'apprentissage exécuté par le dispositif de la figure 2. Le contrôle de ces étapes est effectué par exemple par un microprocesseur qui exécute les fonctions des blocs 222, 232 et 228 et qui contrôle l'état de l'interrupteur 220, comme illustré sur la figure 4. 20 Dans une première étape S1 (SWITCH 220 OFF), l'interrupteur 220 est basculé dans un état ouvert. Dans une seconde étape S2 (INIT f -pred- Id), la fonction de transfert du bloc 222 est initialisée de telle sorte que pour une tension VCOM appliquée sur l'entrée 224, la tension de sortie VCOMPRED soit 25 égale à la tension d'entrée VCOM. Dans des étapes suivantes S3 (VCOM) et S4 (VCOMPRED=f -pred (VCOM)), la fonction de transfert f -pred du bloc 222 est appliquée à la tension VCOM présente sur la borne 224 pour obtenir la tension VCOMPRED. Dans une étape S5 (DETERMINATION OF ILOAD SUCH THAT VCOMPRED = VLOAD), le 30 convertisseur de puissance 201 compare la tension VCOMPRED présente sur la borne 208 à la tension VLOAD présente sur la borne 210, et ajuste le courant ILOAD dans la charge afin d'annuler la différence entre ces 2 tensions. On a donc, à l'équilibre, VLOAD = VCOMPRED et 35 ILOAD = VSENSE / R. Au cours d'une étape S6 (STORE ILOAD & VLOAD), 3047815 B14534 FR - 15-GR2-0325 8 les valeurs VCOMPRED (soit VLOAD) et ILOAD sont respectivement stockées dans le circuit 228 de correspondance à travers les bornes 226 et 230. Dans une étape S7 (ENOUGH VCOM VALUES ?), on évalue par 5 le microprocesseur si un nombre suffisant de valeurs de tension VCOM a été appliqué au dispositif. Si non (sortie N du bloc S7), au cours d'une étape S12 (NEW VCOM), une nouvelle valeur de VCOM est appliquée et on revient à l'étape S3. Le nombre de valeurs à appliquer au dispositif dépend de l'application visée, en fonction 10 par exemple de la gamme de courants / tensions sur laquelle on veut utiliser la charge. D'autres critères peuvent exister. Un mode de réalisation est de générer les différentes valeurs de tension VCOM sous forme d'une rampe mais d'autres méthodes peuvent être envisagées. 15 Grace aux différentes itérations, le circuit 228 de correspondance contient une description d'une caractéristique fLo de la charge LOAD telle que : ILOAD = fLOAD(VLOAD). Lorsque le nombre de valeurs VCOM est suffisant (sortie Y du bloc S7), alors dans une étape S8 ((VCOM-ILOAD)/VCOM REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un courant (ILOAD) traversant une charge (LOAD) comprenant les étapes suivantes : - appliquer une première fonction de transfert (fpRED) représentative de la charge à une première tension (VCOM) pour 5 obtenir une deuxième tension (VCOMPRED) ; - appliquer la deuxième tension à une première borne (208) d'un circuit (201) de génération dudit courant ; - prélever une troisième tension (VLOAD) entre des première (216) et deuxième (218) bornes de la charge ; 10 - comparer la troisième tension (VLOAD) à la deuxième tension (VCOMPRED) ; et - déterminer le courant (ILOAD) à fournir à ladite charge en fonction du résultat de la comparaison. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la 15 première fonction de transfert (fpRED) est déterminée par les étapes suivantes : a) coupler ladite deuxième borne (218) de la charge (LOAD) à une résistance (202) reliée à une borne (206) d'application d'une masse ; 20 b) initialiser la première fonction de transfert f FRED ; c) construire une deuxième fonction (fLoAD) de transfert représentative de la charge en déterminant, pour plusieurs valeurs de la première tension (VCOM), la valeur du courant (ILOAD) pour 25 lequel la valeur de la tension (VLOAD) prélevée aux bornes de la charge est égale à la valeur de la première tension (VCOM) sur laquelle est appliquée la première fonction de transfert (fpRED) ; d) utiliser une fonction inverse de la deuxième fonction (fLoAD) pour mettre à jour la première fonction (fpRED) ; 30 e) répéter les étapes c) et d) jusqu'à ce qu'une condition soit remplie ; f) coupler la deuxième borne (218) de la charge à la borne (206) d'application de la masse. 3047815 B14534 FR - 15-GR2-0325 15 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'initialisation de la première fonction (fprOED) est effectuée de telle sorte que pour toute valeur de la première tension (VCOM), la résultante de la fonction de transfert soit la valeur de la tension de commande elle-même. 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'initialisation de la première fonction (fpRED) est effectuée par une première estimation de la caractéristique de la charge. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 10 à 4, dans lequel le calcul de la fonction inverse de la deuxième fonction (fLopz) est effectué par un algorithme d'interpolation. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le calcul de la fonction inverse de la deuxième fonction (fLopp) est effectué par le calcul de coefficients d'un 15 polynôme. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 dans lequel l'étape c) comprend les étapes suivantes : cl) pour chaque valeur de la première tension (VCOM), application de la première fonction (fpRED) pour obtenir 20 la deuxième tension (VCOMPRED) ; c2) application de la deuxième tension (VCOMPRED) sur la première borne (208) d'entrée du circuit (201) de génération du courant (ILOAD) ; c3) application du courant (ILOAD) dans la charge (LOAD) 25 de telle sorte que la tension (VLOAD) prélevée aux bornes de la charge soit égale à la deuxième tension (VREFPRED) ; c4) prélèvement d'une quatrième tension (VSENSE) aux bornes de la résistance (202) ; c5) calcul du courant (ILOAD) traversant la charge 30 (LOAD) et la résistance (202) en divisant la quatrième tension (VSENSE) par la valeur (R) de ladite résistance. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel ladite condition est considérée comme remplie lorsqu'au moins le résultat d'une opération de composition de la 3047815 B14534 FR - 15-GR2-0325 16 première fonction (fpRED) par la deuxième fonction (fLoic) est égal approximativement à l'identité. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel les étapes a) à f) sont répétées de façon 5 périodique. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel les étapes a) à f) sont répétées lors d'un changement de conditions de fonctionnement. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 10 à 10, dans lequel plusieurs premières fonctions ( fpred) sont déterminées en fonction de différentes conditions de fonctionnement. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la charge (LOAD) a sa première borne (216) 15 couplée à une borne (214) de sortie du circuit (201) de génération du courant, sa deuxième borne (218) étant couplée à une borne (206) d'application de la masse.